Екзаменаційний білет №17

1.Гіпсові в’яжучі речовини, властивості будівельного гіпсу,застосування.

2.Види та властивості сталі.

1. Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат природный двуводный гипс Са50₄-2Н₂0, назы­ваемый гипсовым камнем, природный ангидрит СаЗС^и некоторые отходы промышленности, содержащие двувод­ный или безводный сернокислый кальций (фосфогипс, борогипс и др.).

Гипсовые вяжущие вещества в зависимости от тем­пературы тепловой обработки сырья разделяют на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкооб­жиговые гипсовые вяжущие получают тепловой обработ­кой двуводного гипса при ПО—180 °С; они состоят глав­ным образом из полуводного гипса Са5С>4-0,5^0 и ха­рактеризуются быстрым твердением. Высокообжиговые гипсовые вяжущие обжигают при 600—1000 °С; в них преимущественно входит безводный гипс — ангидрит Са30₄, отличаются они медленным твердением. К низко­обжиговым гипсовым вяжущим веществам относят фор­мовочный строительный и высокопрочный гипс, а также гипсовые вяжущие из гипсосодержащих материалов, к высокообжиговым — ангидритовое вяжущее (ангидрито­вый цемент) и высокообжиговый гипс (экстрих-гипс).

Производство строительного гипса. Строительным гип­сом называют воздушное вяжущее вещество, получаемое тепловой обработкой при ПО—180°С природного гипсо­вого камня с последующим или предшествующим этой обработке измельчением в тонкий порошок. При этом до­вольно быстро происходит дегидратация двуводного гипса по реакции Са5О4-2Н9О = Са5О₄-0,5Н₂о4-1,5Н2О. Таким образом, строительный гипс состоит в основном из полуводного гипса.

Строительный гипс можно изготовлять также одно­временным измельчением и обжигом гипсового камня в одном аппарате. Тепловую обработку гипсового камня производят в варочных котлах, сушильных барабанах, вращающихся печах, шахтных мельницах и др. Наиболее простым и распространенным способом производства строительного гипса является обжиг предварительно из­мельченного гипсового камня в варочных котлах.

Варочные котлы могут быть периодического и непре­рывного действия. Котел периодического действия пред­ставляет собой стальной цилиндр объемом от 3 до 15 м³, футерованный кирпичной кладкой (рис. 42). Внутри кот-

ла находятся четыре жаро­

вые трубы и мешалка в ви­де вертикального вала с ло­пастями. Под котлом распо­ложена топка. Топочные га­зы после обогрева днища поступают в кольцевые газо­ходы и омывают последова­тельно нижнюю, среднюю и верхнюю части стенки котла, а также проходят через жа­ровые трубы нижнего и верхнего ярусов.

Кусковой гипсовый ка­мень дробят, подсушивают и измельчают в мельнице. За­тем порошок загружают че­рез загрузочный люк в ва­рочный котел, где в течение 1—3 ч двуводный гипс обез­воживается и превращается

в полуводный гипс. В процессе варки гипс интенсивно перемешивается и равномерно нагревается, что обеспе­чивает получение однородного продукта высокого качест­ва. После окончания варки гипс через разгрузочное от­верстие в нижней части котла поступает в бункер том­ления и выдерживается там в течение 20—40 мин. Здесь за счет теплоты выгружаемого материала в нем продол­жается дегидратация оставшихся в большом количестве зерен двугидрата.

При обжиге кускового гипсового камня в сушильном
барабане (вращающейся печи) происходит непосредст-
венное соприкосновение раскаленных дымовых газов с
жедленно движущимся дробленым гипсовым камнем. По-
^сле обжига гипс измельчают в шаровой мельнице.

Совместный обжиг гипсового камня и его помол

^производят в шаровых мельницах. В них гипсовый ка­мень измельчается, мелкие частицы его подхватываются

ротоком поступающих в мельницу горячих дымовых га-

'"ов. Находясь во взвешенном состоянии, частицы гипсо-

Ього камня обезвоживаются до превращения в полувод­ный гипс и выносятся дымовыми газами из мельницы в пылеосадительные устройства. Основной преимущество Данного способа — непрерывность работы и более высокая производительность агрегатов по сравнению с вароч­ными котлами.

Твердение строительного гипса. При затворения полу­водного гипса водой образуется пластичное тесто, кото­рое быстро загустевает и переходит в камневидпое со­стояние. Процесс твердения полуводного гипса происхо­дит в результате гидратации полуводного гипса, т.е. присоединения к нему воды и перехода его в двуводный гипс: Са5О₄-0,5Н2О+1,5Н₂О = Са5О4-2Н₂О.

Согласно теории А. А. Байкова, процесс твердения можно разделить на три периода. В первый период, на-, чпнающийся с момента смешивания гипса с водой, по­луводный гипс растворяется. Одновременно он гидрати-руется, присоединяя 1,5 молекулы воды и превращаясь в двуводный гипс. Так как двуводный гипс значительно менее растворим, чем полуводный, то образовавшийся вначале насыщенный раствор полуводного гипса стано­вится пересыщенным по отношению к двуводному гипсу, и тот выпадает из раствора. Во втором периоде вода взаимодействует с полуводным гипсом с прямым присое­динением ее к твердому веществу. Это приводит к воз­никновению двуводного гипса в виде мельчайших кри­сталлических частичек и к образованию коллоидной мае-, сы — геля. При этом происходит схватывание массы. В третьем периоде коллоидные частички двуводного гип­са перекристаллизовываются с образованием более круп­ных кристаллов, которые срастаются между собой с об­разованием кристаллических сростков, что сопровожда­ется твердением системы и ростом ее прочности. Однако рассмотренные периоды не протекают в строгой последо­вательности, а налагаются один на другой.

Дальнейшее высыхание твердеющей массы приводит к значительному повышению прочности гипса. Для ус­корения твердения применяют искусственную сушку гип­совых изделий при температуре не выше 60—65 °С. При более высокой температуре может начаться процесс раз­ложения двуводного гипса, сопровождаемый резким по­нижением прочности. При твердении гипс увеличивается в объеме до 1 %, хорошо заполняя формы при отливке гипсовых изделий.

Свойства строительного гипса. Строительный гипс представляет собой порошок белого цвета; плотность его в рыхлом состоянии колеблется в пределах 800— 1100 кг/м³, а в уплотненном —1250—1450 кг/м³, истинная плотность 2,6—2,75 г/см³. Он является быстросхва-тывающимся и быстротвердеющим вяжущим веществом, к основным свойствам которого относят водопотреб-ность, сроки схватывания, тонкость помола и предел прочности при сжатии и изгибе.

Нормальная густота гипсового теста характеризует­ся количеством воды (в %), при котором получается тесто заданной подвижности. Строительный гипс облада­ет большой водопотребностью. Для получения теста нор­мальной густоты необходимо 50—70 % воды по массе гипса.

Сроки схватывания ¹ гипсового теста нормальной гус­тоты определяет на приборе Вика по глубине погруже­ния иглы в гипсовое тесто. По срокам схватывания гипс делят на три группы; А — быстросхватывающийся (на­чало схватывания 2 мин и конец схватывания 15 мин); Б — нормально схватывающийся (соответственно 6 мин и 30 мин); В — медленносхватывающийся (начало схва­тывания не ранее 20 мин с момента затворения гипсо­вого теста).

Быстрое схватывание гипса затрудняет работу, по­этому в случае необходимости к гипсу добавляют замед­лители схватывания (животный клей, сульфитно-дрож­жевую бражку —СДБ) в количестве 0,1—0,3% по мас­се гипса. При производстве гипсобетонных изделий мо­жет возникнуть необходимость в ускорении схватывания гипса, тогда к нему добавляют в небольшом количестве природный двуводный гипс и поваренную соль.

Прочность, гипса характеризуется пределом прочно­сти при сжатии образцов-балочек размером 40Х40Х XI60 мм из гипсового теста нормальной густоты, испы­танных через 1,5 ч после изготовления.

По пределу прочности при сжатии установлено 12 марок гипса: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25, при этом минимальный предел прочности при изгибе для каждой марки должен соот­ветствовать значению соответственно от 1,2 до 8 МПа.

Вследствие сравнительно высокой растворимости дву­водного гипса прочность гипсовых изделий при увлаж

кении резко снижается (на 40—70 %) и обнаруживаются пластические деформации. Водостойкость гипса по­вышают добавлением молотого гранулированного домен­ного шлака. Кроме того, водостойкость гипсовых изде­лий увеличивают, покрывая их поверхности различными составами, образующими водонепроницаемые пленки.

Применение строительного гипса. Строительный гипс применяют для производства перегородочных плит и па­нелей, гипсокартонных листов, вентиляционных коробов и других изделий и деталей, используемых в конструк­циях зданий и сооружений при относительной влажности воздуха не более 60%. Из строительного гипса изготов­ляют гипсовые и известково-гипсовые штукатурные рас­творы, декоративные, теплоизоляционные и отделочные материалы, а также различные архитектурные детали методом отливки.

Строительный гипс транспортируют обычно навалом в вагонах и автомашинах. Во время перевозки и хранения его необходимо за­щищать от увлажнения и засорения посторонними примесями. Гипс не рекомендуется долго хранить, даже при хранении в сухих усло­виях активность его постепенно снижается.

Высокопрочным гипсом называют вяжущее, состоящее в основном из полуводного сульфата кальция, получае­мое термической обработкой двуводного гипса в автоклаве под давлением пара или кипячением в водных раство­рах некоторых солей с последующими сушкой и измель­чением в тонкий порошок. Он обладает меньшей водо-потребностью (около 45 %), что позволяет получать гип­совые изделия с большими плотностью и прочностью.

Предел прочности при сжатии высокопрочного гипса не менее 25—30 МПа. Сроки схватывания высокопроч­ного гипса примерно такие же, как и у строительного.

Высокопрочный гипс применяют для изготовления ар­хитектурных деталей и строительных изделий с повы­шенными требованиями по прочности.

2.

Стали для строительных конструкций разделяют на виды и маркируют условными обозначениями, в которых отражается состав и назначение стали, механические и химические свойства, способы изготовления и раскисле­ния.

Маркировка сталей. По стандарту марку углеродис­той стали обыкновенного качества обозначают буквами От и цифрами от 0 до 7. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами, показывающими содержание углерода в сотых долях процента (0,8; 25 и т. д.). В обозначение марок кипящей стали добавляют «кп», полуспокойной —«пс», спокойной —«сп», например СтЗсп, Ст5пс, Ст2кп.

В отличие от маркировки углеродистых сталей буквы в марке низколегированных сталей показывают наличие в стали легирующих примесей, а цифры — их среднее со­держание в процентах; предшествующие буквам цифры показывают содержание углерода в сотых долях процен­та. Для маркировки стали каждому легирующему эле­менту присвоена определенная буква: кремний — С, мар­ганец— Г, хром — X, никель — Н, молибден — М, воль­фрам— В, алюминий — Ю, медь — Д, кобальт — К. Пер­вые цифры марки обозначают среднее содержание угле­рода (в сотых долях процента для инструментальных и нержавеющих сталей); затем буквой указан легирующий элемент и последующими цифрами — его среднее содер­жание, например сталь 3X13 содержит 0,3% С и 13% Сг, марки 2Х17Н2 —0,2 % С, 17 % Сг и 2 % №. При со­держании легирующего элемента менее 1,5 % цифры за соответствующей буквой не ставятся: 1Г2С, 12ХНЗА. Буква А в конце обозначения марки указывает на то, что сталь является высококачественной, буква Ш — особо высококачественной. Например, низколегированная кон­струкционная сталь марки 1Г2С содержит 0,1 % углеро­да, 2 % марганца и 1 % кремния.

Углеродистые стали. Сталь углеродистая обыкновен­ного качества — сплав железа с углеродом. В ее составе также присутствуют в небольшом количестве, примеси: кремний, марганец, фосфор и сера, каждая из которых оказывает определенное влияние на механические свойства стали. В сталях обыкновенного качества, применя­емых в строительстве, углерода содержится 0,06—0,62 %• Стали с низким содержанием углерода характеризуются высокой пластичностью и ударной вязкостью. Повышен­ное содержание углерода придает стали хрупкость и твердость.

Для повышения качества строительных сталей в спла­вы добавляют примеси — марганец и кремний. Содержа­ние марганца обычно 0,25—0,9 %; он повышает проч­ность стали без значительного снижения ее пластичности. Кремний, содержание которого в обыкновенных сталях не превышает 0,35 %, не оказывает существенного влия­ния на свойства стали. Фосфор и сера являются вредны­ми примесями. Фосфор делает сталь хрупкой (хладнолом­кой), в связи с этим содержание его в строительных сталях не должно превышать 0,05%. Присутствие серы в количестве более 0,07 % вызывает красноломкость стали, а также снижает ее прочность и коррозионную стойкость. Основные характеристики качества углероди­стой стали — пределы текучести и прочности при растя­жении, а также величина относительного удлинения Наиболее широко в строительстве используют сталь марки СтЗ, которая идет на изготовление металлических конструкций гражданских и промышленных зданий и сооружений, опор линии электропередач, резервуаров и трубопроводов, а также арматуры железобетона. Каче­ственные конструкционные углеродистые стали применя­ют, как правило, в машиностроении, а инструментальные

углеродистые стали — для изготовления различных ре­жущих инструментов.

Легированные стали. Низколегированные стали наи­более часто применяют в строительстве. Содержание уг­лерода в низколегированных сталях не должно превы­шать 0,2 %,так как с его возрастанием понижаются пла­стичность и коррозионная стойкость, а также ухудшается свариваемость стали. Легирующие добавки влияют на свойства стали следующим образом: марганец увеличи­вает прочность, твердость и сопротивление стали износу; кремний и хром повышают прочность и жаростойкость, а медь — стойкость стали к атмосферной коррозии; ни­кель способствует улучшению вязкости без снижения прочности. Низколегированные стали имеют более высо­кие механические свойства, чем малоуглеродистые. Ста­ли, содержащие никель, хром и медь, высокопластичны, хорошо свариваются, их с успехом используют для свар­ных и клепаных конструкций промышленных и граждан­ских зданий, пролетных строений мостов, нефтерезервуа-ров, труб и т. д.

Наибольшее применение в строительстве для изготов­ления металлических конструкций получили низколеги­рованные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 10Г2СД и др.

Средне- и высоколегированные стали употребляют в строительстве только тогда, когда нужно обеспечить конструкциям высокую коррозионную стойкость. Для этого конструкции изготовляют из специальной нержаве­ющей стали, например хромоникелевой и хромоникеле-марганцевой.

Свойства сталей. Среди физических свойств сталей наибольшее значение имеют истинная плотность, темпе­ратура плавления, теплоемкость, теплопроводность, коэффициент температурного расширения (некоторые из перечисленных свойств уже рассматривали в § 27).

Температура плавления — температура, при которой сталь из твердого состояния переходит в жидкое. Темпе­ратура плавления железа 1535°С, но при введении в его состав углерода и других элементов она изменяется. На­пример, чугун с содержанием 4,3 % углерода плавится около 1130°С.

Коэффициент температурного расширения — пока­затель относительного удлинения стального образца при повышении температуры на 1° равен (11—11,9) 10-^6сС.

Механические свойства сталей характеризуются пределом прочности при растя­жении, пределом текучести, относительным удлинением, твердостью и ударной вяз­костью.

Испытание стали на рас­тяжение с одновременной оценкой ее упругости произ­водят на образцах в форме стержня круглого или пря­моугольного сечения. Для этого используют разрывные машины, снабженные при-

Рис. 38. Диаграмма растяжения сИОСОблеНИвМ ДЛЯ ЗЗПИСИ
стали-

диаграммы растяжения об­разца. По вертикальной оси диаграммы (рис. 38) откладывают растягивающую на­грузку, а по горизонтальной — соответствующее прира­щение длины образца. На диаграмме растяжения пря­мой участок (от начала координат до точки 1) пока­зывает, что удлинение А/ испытуемого образца пря­мо пропорционально приложенной нагрузке Р_ь Мак­симальное напряжение, при котором сохраняется пря­мая пропорциональность между удлинением образца и приложенной нагрузкой, называется пределом пропорцио­нальности о_Пр. Деформации образца, в котором напряже­ния не превышают предел пропорциональности, являются упругими, и при снятии нагрузки восстанавливается пер­воначальная длина образца. При незначительном повы­шении нагрузки до Р₂ (точка 2) образец начинает вытя­гиваться (сталь «течет»), хотя нагрузка остается посто­янной, что соответствует горизонтальной площадке на диаграмме. Напряжение, при котором появляется теку­честь стали, называется пределом текучести ст_т. Образец приобретает остаточные доформации, т. е. деформации, остающиеся в образце после снятия нагрузки.

При дальнейшем увеличении нагрузки до Р наступа­ет разрыв образца (точка 3). Максимально достигнутое при этом напряжение в образце называется пределом прочности стали гт_р, МПа, который вычисляют по фор­муле

Относительное удлинение образца при испытании на разрыв характеризует пластичность стали, т. е. способ­ность приобретать значительные остаточные деформации без разрывов и трещин. Относительное удлинение б, %, определяют по формуле

где /о — расчетная (начальная) длина образца, мм; I,—длина об­разца после разрыва, мм.

Испытание на растяжение является основным при оценке механических свойств сталей, применяемых в строительстве.

Твердость — способность стали сопротивляться вдав­ливанию в нее других, более твердых тел, например ал­мазного конуса или стального шарика.

Ударная вязкость — свойство стали противостоять ди­намическим (ударным) нагрузкам. Ее величина опреде­ляется количеством работы, необходимой для разруше­ния стального образца на маятниковом копре¹.

Среди химических свойств сталей наиболее важным является коррозионная стойкость, которая характеризу­ет способность сталей сопротивляться разрушающему действию окружающей среды.

Технологические свойства показывают способность сталей к обработке давлением, резанием, литьем, свар­кой и др.

Основное технологическое испытание стали — испытание ее об­разцов на загиб в холодном состоянии под воздействием равномер­но возрастающей нагрузки. Различают следующие виды испытаний: загиб до определенного угла, загиб вокруг оправки до параллель­ности сторон, загиб до полного соприкосновения сторон (вплотную). Признаком того, что образец выдержал испытание, служит отсутст­вие в нем после загиба трещин, расслоений или излома.