- •Введение
- •Раздел 1 строительные материалы – материальная база строительства и архитектуры
- •1.1. Связь строительства и архитектуры с материальной базой
- •1.2. Понятия – «строительный материал», «изделие», «конструкция»
- •1.3. Классификация строительных материалов и изделий
- •1.4. Комплексная связь строительства и архитектуры с их материальной базой и научно-техническим прогрессом
- •1.5. Основные архитектурно-строительные требования к строительным материалам
- •1.6. Физический и моральный износ строительных материалов
- •1.6.1. Физический износ
- •1.6.2. Моральный износ
- •1.7. Общая схема формирования качества строительных материалов
- •1.8. Материалы будущего – прогнозы и перспективы
- •Раздел 2 конструкционные и конструкционно-отделочные строительные материалы
- •2.1. Общие сведения
- •О конструкционных и конструкционно-отделочных материалах
- •2.2. Древесина, ее свойства и область применения в строительной практике
- •2.3. Основные свойства природного камня. Развитие архитектурных форм из природного камня. Современные направления в использовании природного камня в архитектуре
- •2.4. Использование керамических изделий в архитектурно-строительной практике
- •2.5. Стекло. Общие сведения, основные свойства, применение архитектурно-строительного стекла
- •2.6. Металлы в строительной практике. Свойства, область применения. Металлические конструкции
- •2.7. История развития и применения бетона и железобетона в архитектурно-строительной практике
- •2.8. Общие сведения о силикатных материалах, их разновидности, применение обычного и цветного силикатного кирпича, силикатных бетонов
- •2.9. Внедрение пластмасс в архитектурно-строительную практику. Эксплуатационно-технические и эстетические свойства пластмасс. Номенклатура и ассортимент строительных материалов
- •2.10. Конструкционные материалы для дорожных покрытий. Клинкерный кирпич, дорожный бетон, асфальтобетон
- •Раздел 3 функциональные строительные материалы
- •3.1. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства теплоизоляционных материалов
- •3.1.1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах
- •3.1.2. Классификация теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.3. Основные свойства теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.4. Способы создания высокой пористости теплоизоляционных материалов
- •3.1.5. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.1. Минераловатное волокно и изделия на его основе
- •3.1.5.2. Материалы и изделия из поризованных искусственных стекол
- •3.1.5.3. Теплоизоляционные материалы и изделия из горных пород
- •3.1.5.4. Ячеистые бетоны
- •3.1.5.5. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.6. Керамические теплоизоляционные изделия
- •3.1.6. Органические теплоизоляционные материалы
- •3.1.6.1. Теплоизоляционные материалы на основе древесины
- •3.1.6.2. Теплоизоляционные материалы на основе местного сырья
- •3.1.6.3. Полимерные теплоизоляционные материалы
- •3.2. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства акустических материалов
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Классификация акустических материалов и изделий
- •3.2.3. Звукопоглощающие материалы и изделия
- •Однослойные пористые звукопоглощающие материалы и изделия
- •Звукопоглощающие изделия из пористых материалов с перфорированным покрытием
- •3.2.4. Звукоизоляционные материалы и изделия
- •3.3. Применение и основные свойства гидро-, пароизоляционных и герметизирующих материалов
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Классификация гидроизоляционных материалов
- •3.3.3. Выбор гидроизоляционных материалов и их сроки службы
- •3.3.4. Гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей с модификацией полимерами Рулонные материалы
- •Штучные изделия
- •Мастики
- •Эмульсии, пасты, лаки
- •3.3.5. Гидроизоляционные материалы на основе полимеров Окрасочные материалы
- •Пленочные материалы
- •Листовые и рулонные материалы
- •3.3.6. Герметизирующие материалы
- •3.4. Общие сведения, классификация и разновидности кровельных материалов
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Классификация кровельных материалов
- •3.4.3. Виды кровельных материалов Рулонные материалы
- •Штучные и листовые материалы
- •Мембраны
- •Мастичные покрытия
- •Раздел 4 строительные материалы специального назначения
- •4.1. Общие сведения и разновидности жаростойких материалов
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Основные виды жаростойких материалов и изделий
- •4.2. Общие сведения, классификация, основные свойства, основы технологии и разновидности огнеупорных материалов
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Классификация огнеупорных материалов
- •4.2.3. Свойства огнеупорных материалов
- •4.2.4. Основы технологии огнеупоров
- •4.2.5. Основные виды огнеупорных материалов
- •4.2.5.1. Кремнеземистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.2. Алюмосиликатные огнеупорные изделия
- •4.2.5.3. Магнезиальные огнеупорные изделия
- •4.2.5.4. Хромистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.5. Углеродистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.6. Карбоидные и нитридные огнеупорные материалы
- •4.2.5.7. Огнеупорные изделия из чистых окислов
- •4.2.6. Легковесные огнеупорные материалы
- •Разновидности пористых огнеупорных материалов
- •4.2.7. Мертели, растворы и защитные обмазки
- •Мертели и растворы
- •Защитные обмазки
- •4.2.8. Огнеупорные бетоны и набивные массы Огнеупорные бетоны
- •Набивные массы
- •4.3. Общие сведения, классификация и разновидности химически стойких материалов
- •4.3.1. Общие сведения и классификация химически стойких материалов
- •4.3.2. Разновидности химически стойких материалов
- •4.3.2.1. Химически стойкие изделия из природных каменных материалов
- •4.3.2.2. Химически стойкие изделия на основе ситаллов
- •4.3.2.3. Химически стойкие изделия на основе керамики
- •4.3.2.4. Химически стойкие изделия на основе жидкого стекла
- •4.3.2.5. Химически стойкие изделия из кислотоупорного цемента и бетона
- •4.4. Общие сведения, свойства и разновидности материалов для защиты от радиации
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Виды радиоактивного излучения
- •4.4.3. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц
- •4.4.4. Источники ионизирующих излучений
- •4.4.4.1. Ядерные реакторы
- •4.4.5. Основные виды материалов для радиационной защиты
- •4.4.6. Виды защит от радиоактивного излучения
- •Заключение
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
- •III тысячелетие н.Э.
- •Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов»
- •394006 Воронеж, ул. 20-лет Октября, 84
Раздел 4 строительные материалы специального назначения
Эти материалы предназначены для выполнения специальных задач в сооружениях различного назначения. Такие материалы работают при высоких температурах в печах и других агрегатах, эксплуатируются в условиях повышенной химической активности, где велико влияние различных агрессивных веществ, применяются в местах воздействия радиации и т.д. Как правило, помимо своего основного назначения эти материалы являются несущими элементами в сооружениях.
4.1. Общие сведения и разновидности жаростойких материалов
4.1.1. Общие сведения
Кардинальное ускорение темпов промышленного производства черной металлургии, топливной энергетики привело к развитию производства специальных строительных материалов, в том числе и жаростойких.
Под жаростойкостью понимают комплексное свойство строительных материалов, характеризующее способность противостоять воздействию высоких температур до 1000 0С без потери прочности в результате химического разрушения. Указанными выше свойствами обладают специальные жаростойкие металлы и сплавы, бетоны, керамические материалы и изделия.
4.1.2. Основные виды жаростойких материалов и изделий
Жаростойкие материалы и изделия на основе природных каменных материалов применяют в виде камней правильной формы и фасонных плит (гладких и рифленых), щебня и песка для бетонов и растворов, а также тонкомолотых порошков для мастик, замазок, шпатлевок и т.п.
Для материалов и изделий, работающих в условиях высоких температур, используют базальт, диабаз, андезит, туф и др.
Кирпич для дымовых труб изготавливают из глины и добавок. Марки кирпича по прочности – от М125 до М300. По форме кирпич бывает прямоугольный и клинообразный. Его длина 120 и 250 мм, ширина 120 или 250 мм, толщина 65 или 88 мм. Водопоглощение кирпича должно быть не более 6 %, а морозостойкость 25, 35 и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.
Такой кирпич применяют для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 0С.
Глиноземистый цемент (ГЦ) – жаростойкое быстротвердеющее и высокопрочное гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем тонкого измельчения клинкера, содержащего преимущественно низкоосновные алюминаты кальция (80…85 %).
Сырьем для производства глиноземистого цемента служит известняк CaCO3 и породы, содержащие глинозем Al2O3·nH2O, например, бокситы, алюминиевые шлаки и др.
Глиноземистый цемент изготовляют плавлением сырьевой смеси в электрических печах, вагранках при температуре выше 1500 0С. Клинкер, получаемый после обжига, обладает большой твердостью. Поэтому глиноземистый цемент трудно размалывается, требует высокого расхода электроэнергии, что обуславливает его высокую стоимость.
Глиноземистый цемент обладает высокой прочностью только в том случае, если он твердеет при умеренных температурах, не выше 25 0С. Твердение сопровождается значительным выделением теплоты. Поэтому его нельзя применять в массивных конструкциях, подвергать тепловлажностной обработке, использовать в щелочных средах и смешивать с известью или ПЦ.
Глиноземистый цемент имеет марки 400, 500 и 600, которые определяются по результатам испытания образцов в 3-суточном возрасте.
Конструкции на глиноземистом цементе морозостойки, более стойки к коррозии, чем на портландцементе, обладают высокой жаростойкостью.
С учетом значительной стоимости глиноземистого цемента его выпускают в сравнительно небольших количествах (1 % от общего выпуска цемента). Применяют ГЦ при возведении бетонных конструкций, которые необходимо быстро ввести в эксплуатацию, для срочных аварийных и ремонтных работ, а также для тампонирования нефтяных и газовых скважин, футеровки шахтных колодцев и тоннелей. ГЦ используют также для получения расширяющих цементов.
Жаростойкий бетон предназначается для промышленных агрегатов (облицовки котлов, футеровки печей) и строительных конструкций, подверженных нагреванию (например, дымовые трубы) [17, 18].
Известно, что при действии на цементный камень высокой температуры происходит дегидратация Ca(OH)2 и разложение гидросиликатов и гидроалюминатов кальция. Оксид кальция СаО при воздействии влаги гидратируется с увеличением объема и вызывает растрескивание бетонных конструкций. Для придания бетону необходимой стойкости к действию высоких температур в его состав вводят тонкодисперсные добавки, содержащие активный кремнезем SiO2, который способен связывать окись кальция при температуре 700…900 0С благодаря реакциям в твердом состоянии.
В качестве тонкомолотой добавки применяют пемзу, золу ТЭС, шамот, доменный гранулированный шлак и др.
В жаростойких бетонах в качестве вяжущих используют портландцемент с активными минеральными добавками; шлакопортландцемент, который уже содержит добавку доменного гранулированного шлака и может успешно применяться при температурах до 700 0С; жидкое стекло, которое целесообразно использовать в условиях кислой коррозии при температурах до 1000 0С. Эффективно использовать глиноземистый и высокоглиноземистый (с содержанием глинозема 65…80 %) цементы, поскольку при их твердении не образуется гидроксид кальция. Также применяют фосфатные и алюмофосфатные связующие: фосфорную кислоту H3PO4, алюмофосфаты Al(H2PO4)3 и магнийфосфаты Mg(H2PO4)2. Они выдерживают нагревание до температуры 1700 0С, имеют небольшую огневую усадку, термически стойки.
Заполнитель для жаростойкого бетона должен быть не только стойким при высоких температурах, но и обладать равномерным температурным расширением. Для этих целей применяют бескварцевые изверженные горные породы как плотного строения (сиенит, диорит, диабаз, габбро), так и пористого (пемза, вулканические туфы, пеплы) при температурах до 700 0С. Для бетона, эксплуатируемого при температурах 700…900 0С, целесообразно применять бой обычного керамического кирпича и доменные шлаки с модулем основности не более 1. При более высоких температурах заполнителем служат огнеупорные материалы: кусковой шамот, хромитовая руда, бой шамотных, хроммагнезиальных и других огнеупорных изделий. В табл. 4.1. представлены примерные составы жаростойких бетонов на портландцементе [17].
Таблица 4.1
Примерные составы жаростойких бетонов на портландцементе
Заполнитель |
Ориентировочное количество материалов на 1 м3 бетона, кг |
Средняя плотность, кг/м3 |
|||||
Щебень + песок |
Тонкомолотая добавка |
цемент |
тонкомолотая добавка |
песок |
щебень |
вода |
|
Андезитовый, базальтовый, диоритовый, диабазовый |
- |
350 |
- |
950 |
950 |
150 |
2400 |
Отходы доменного шлака |
- |
350 |
- |
1000 |
1000 |
150 |
2500 |
Андезитовый, базальтовый, диоритовый, диабазовый |
Зола-уноса, пемза и др. |
350 |
120 |
850 |
900 |
180 |
2400 |
Отходы доменного шлака |
Зола-уноса, пемза и др. |
350 |
120 |
900 |
1000 |
130 |
2500 |
Шамотный |
Шамот |
350 |
120 |
650 |
700 |
- |
1900 |
Шамотный |
Хромит |
350 |
700 |
500 |
500 |
250 |
2200 |
Хромомагнезитовый |
- |
350 |
600 |
900 |
950 |
200 |
2800 |
Магнезитовый |
- |
300 |
600 |
750 |
850 |
200 |
2600 |
Хромитовый |
- |
300 |
600 |
900 |
1100 |
180 |
3000 |
Легкий жаростойкий бетон изготавливают с применением пористых заполнителей, выдерживающих действие высоких температур (700…1000 0С): керамзит, вермикулит, вспученный перлит, вулканический туф и др. Средняя плотность легкого жаростойкого бетона менее 2100 кг/м3.
Ячеистый жаростойкий бетон отличается средней плотностью (500…1200 кг/м3) и малой теплопроводностью.
Тяжелый, легкий и ячеистый жаростойкие бетоны широко применяют в различных отраслях промышленности: энергетической, черной и цветной металлургии, в химической, нефтеперерабатывающей, в производстве строительных материалов; для футеровки печей, котлов, устройства дымовых каналов, труб [17, 18].