Каталог :: Технология

Контрольная: Материаловедение

                                СОДЕРЖАНИЕ                                
1.       Тенденции использования топливных шлаков и зол в отечественном
строительном
производстве.................................................................
................................. 3
2.       Ячеистый бетон........................................................5
3.       Теплоизоляционные материалы...........................................7
4.       Использованная литература............................................12
     
     
     1. ТЕНДЕНЦИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОПЛИВНЫХ ШЛАКОВ И ЗОЛ В ОТЕЧЕСТВЕННОМ
                          СТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ                          
Золы и шлаки ТЭЦ при правильном и эффективном их ис­пользовании представляют
собой огромное богатство и ис­точник расширения сырьевых ресурсов различных
отраслей промышленности, в первую очередь промышленности стро­ительных
материалов. В нашей стране выполнены большие научно-исследовательские работы
и накоплен значительный опыт по использованию золошлаковых отходов
электростанций.
Большой практический интерес представляет исследование возможностей массового
использования золошлаковых сме­сей в качестве заполнителей в бетоны
различного назначения. Это обусловлено как зерновым и химическим составом,
так и физико-механическими характеристиками отходов ТЭЦ. Зерновой состав
смеси соответствует рекомендуемым составам пес­ков для бетонов, модуль
крупности составляет 3,42, что по­зволяет отнести его по существующей
классификации к круп­ным пескам. По химическому составу материал на 80 %
со­стоит из кремнезема, глинозема и гематита. Результаты испытаний на
прочность золошлаковых бетонов естественно­го твердения, подвергнутых
тепловлажностной обработке, показывают, что расход цемента для получения
требуемой прочности не превышает нормы.
Для изучения изменения прочности золошлакобетона во времени были проведены
исследования бетонов на основе золошлако­вых смесей с золоотвалов Беловской
ГРЭС, Кемеровской ГРЭС, Новокемеровской ТЭЦ. Бетонная смесь готовилась в трех
ви­дах смесителей: турбулентном, гравитационном, принудитель­ного
перемешивания. Образцы-кубики 100x100x100 мм под­вергались термообработке по
режиму 3,5 + 8 + 2 ч. при температуре 90° С, а часть образцов твердело в
нормальных условиях. Изменение прочности бетона во времени опреде­ляли по
результатам испытания образцов в возрасте 1,7, 14, 28, 180 и 1340 сут. Анализ
полученных данных показал, что прочность золошлакобетона в возрасте 180 сут.
составляет 116 ...128 % от марочной, а через 1340 сут. — 51 ... 68 % в
зависимости от состава, условий приготовления и твердения. Таким образом,
вопросы повышения долговечности материа­лов из отходов являются весьма
актуальными.
В 1988—1989 гг. Кузбасским политехническим институтом проводились
исследования, подтверждающие возможность при­менения смеси топливных и
доменных шлаков для изготовле­ния тяжелых цементных бетонов классов от В7,5
до В35. Эти бетоны обладают физико-механическими и деформативными
характеристиками, не уступающими, а иногда и превышающи­ми соответствующие
показатели бетонов на природных мате­риалах.  Морозостойкость бетона на
шлаковом заполнителе составляет     F 100 ... F 400,    водонепроницаемость
W4...W12, предел прочности при сжатии после пропаривания 16...50 МПа.
Шлаковый бетон коррозиестоек в условиях сульфатной агрессии и действия жидкой
среды жизнедеятельности животных. Технология изготовления бетона на
заполнителе из смеси доменного и топливного шлаков легко вписывается в
технологические схемы действующих предприятий строительной индустрии.
Растущий дефицит в строительстве вяжущих веществ, в част­ности
портландцемента, заставил ученых и практиков искать пути снижения его расхода
в растворах и бетонах без ухудше­ния их свойств. Эффективные смешанные
вяжущие с исполь­зованием местных материальных ресурсов были разработаны в
Казанском инженерно-строительном институте. Вяжу­щие получали путем
повторного помола рядовых портландцементов с грубодисперсными минеральными
порошками природного и искусственного происхождения, такими, как реч­ной
песок, доломитовая и известняковая мука, формовочная смесь, зола ТЭЦ. Механо-
химическая активация поверхности цемента и минеральной добавки позволяет
повысить проч­ность портландцемента на 20...24 %. Эффект увеличения прочности
может быть усилен введением суперпластификато­ров. Цементно-песчаные растворы
и мелкозернистые бето­ны, полученные на смешанных вяжущих, дали хорошие
ре­зультаты.
Зола электрофильтров и золошлаковые смеси из отва­лов — эффективный компонент
сырьевой смеси при произ­водстве портландцементного клинкера для замены
глинистого и карбонатного компонентов или как корректирующая добавка.
Известен  метод Л. Триефе для  получения  вяжущего  из расплава известняка и
золы, резко охлаждаемого водой, ко­торый затем подвергается помолу и сушке.
Этот метод по­зволяет уменьшить  количество  известняка до  одной трети,
отказаться от глины и известняка при получении цемента.
Одним из главных утилизаторов топливных зол и шлаков являются строители
дорог. Наблюдения за опытными участка­ми дорог, построенными в разное время в
нашей стране и за рубежом, подтверждают возможность использования золы во
всех слоях оснований дорожных одежд для любой транс­портной нагрузки.
Дорожные одежды с использованием зол и шлаков имеют достаточную прочность,
морозостойкость, долговечность. Стабилизированные с помощью цемента и золы,
материалы продолжают увеличивать свою прочность с течени­ем времени, а
наиболее интенсивное нарастание прочности наблюдается в возрасте 90—120
суток.
На протяжении последних 10 лет изготовлено свыше 100 тыс. м3 дорожных
плит, дорожного и газонного бордюра, тротуарной плитки, колец и других изделий
на золе сухого удаления и гранулированного шлака, полученных от сжигания
каменных углей Львовско-Волынского бассейна. Золошлаковые смеси применялись в
качестве активных минеральных добавок, микронаполнителей, заполнителей. Изделия
для дорожного строительства  изготавливались  из бетонов  классов   В15 ...
В35.   При   этом   расход  золы   на 1 м3 бетона составил 50...100
кг, шлака — 200 ... 400 кг. Наилучшие результаты получены при замене 40 %
мелкозернистого песка гранулированным шпаком.
Многочисленные исследования, проведенные в последнее время, говорят о том,
что введение в состав бетонов золош­лаков кислого состава повышает их
стойкость в агрессивных средах.
Большой экономический эффект дает применение топлив­ных золошлаков в качестве
вяжущего для стабилизации грун­тов.
Необходимо отметить более высокую жесткость бетонных смесей на золошлаке по
сравнению с бетонными смесями на традиционных заполнителях, что объясняется
высокой адсорб­цией золошлаковых смесей, способствующей снижению
водоцементного отношения, а следовательно, и удобоукладываемости. Прочность
золошлаковых бетонов выше, чем у бето­нов на традиционных заполнителях. Это
связано со многими причинами: во-первых, снижение водоцементного отношения
ведет к повышению плотности, а следовательно, и прочности бетона; во-вторых,
сказывается эффект "мелкозернистых по­рошков"; в-третьих, высокая прочность в
поздние сроки твер­дения объясняется эффектом пуццоланизации, характерным для
топливных отходов. По результатам исследований постро­ено несколько участков
дорог, устроено основание из укаты­ваемого бетона на золошлаковых смесях.
Таким образом, диапазон применения золошлаковых сме­сей гидроудаления и зол-
уноса ТЭЦ весьма обширен. Резуль­таты научных исследований, опытные работы
позволяют сде­лать вывод о замене некоторых традиционных материалов на отходы
промышленности. При этом свойства материалов с использованием зопошлаков не
только не уступают традици­онным, но в некоторых случаях и превосходят их.
Надо ска­зать, что несмотря на большой объем научных разработок в области
использования отходов, в нашей стране отходы ис­пользуются еще очень cлa6o.
                            2. ЯЧЕИСТЫЙ БЕТОН                            
     Ячеистые бетоны на 60...85% по объему состоят из замкнутых пор (ячеек)
размером 0,2...2 мм. Ячеистые бетоны получают при затвердевании насыщенной
газовыми пузырьками смеси вяжущего, кремнезимистого компонента и воды.
Благодаря высокопористой структуре средняя плотность ячеистого бетона невелика
— 300...1200 кг/м3; он имеет низкую теплопроводность при достаточной
прочности. Бетоны с желаемыми характеристиками (плотностью, прочностью и
теплопро­водностью) сравнительно легко можно получать, регулируя их пористость
в процессе изготовления.
     Состав и технология ячеистых бетонов. Вяжущим в ячеистых
бетонах может служит портландцемент (или известь) с кремнеземистым компонентом.
При применении известково-кремнезёмистых вяжущих получаемые бетоны называют
газо- и пеносиликаты.
     Кремнеземистый компонент — молотый кварцевый лесок, гранули­рованные
доменные шлаки, зола ТЭС и др. Кремнеземистый компо­нент снижает расход
вяжущего и уменьшает усадку бетона. Применение побочных продуктов
промышленности (шлаков и зол) для этих целей экономически выгодно и
экологически целесообразно.
Соотношение между кремнеземистым компонентом и вяжущим устанавливается
опытным путем.
Для получения ячеистых бетонов используют как естественное твердение вяжущего,
так и активизацию твердения с помощью пропаривания (t = 85...90°С) и
автоклавной обработки (t = 175° С). Лучшее качество, имеют бетоны,
прошедшие автоклавную обработку. В случае применения извести в составе вяжущего
автоклавная обработка обя­зательна.
По способу образования пористой структуры (методу вспучивания вяжущего)
различают: газобетоны и газосиликаты; пенобетоны и пе­носиликаты.
     Газобетон и газосиликат получают, вспучивая тесто вяжущего газом,
выделяющимся при химической реакции между веществом-газообразователем и
вяжущим. Чаще всего газообразователем служит алюми­ниевая пудра, которая,
реагируя с гидратом оксида кальция, выделяет водород
ЗСа(ОН)2 + 2Аl + 6Н2О g ЗСаО • Аl2О3 - 6Н2О + H2h
Согласно уравнению химической реакции, 1 кг алюминиевой выделит до 1,25 м3 
водорода, т. е. для получения 1 м3 газобетона требуется 0,5...0,7 кг
пудры.
     Пенобетоны и пеносиликаты получают, смешивая тесто вяжущего с  заранее
приготовленной устойчивой технической пеной. Для образования пены используют
пенообразователи, получаемые как модификацией побочных продуктов других
производств (гидролизованная кровь, клееканифольный пенообразователь), так и
синтезируемые специально (сульфанол и т. п.).
     Свойства ячеистых бетонов определяются их пористостью, видом
вяжущего и условиями твердения.
Как уже говорилось, пористость ячеистых бетонов — 60...85%. Характер пор
— замкнутый, но стенки пор состоят из затвердевшего цементного камня, который,
как известно, пронизан порами, в том числе и капиллярными. Для движения воздуха
поры в ячеистом бетоне замкнуты, а для проникновения воды — открыты. Поэтому
водопоглощение ячеистого бетона довольно высокое и морозостой­кость
соответственно пониженная по сравнению с бетонами слитной структуры.
Гидрофильность цементного камня и большая пористость обуслов­ливают высокую
сорбционную влажность. Это сказывается на тепло­изоляционных показателях
ячеистого бетона. Поэтому при использовании ячеистого бетона в ограждающих
конструкциях его наружную поверхность необходимо защищать от контакта с водой
или гидрофобизировать.
     Прочность ячеистых бетонов зависит от их средней плотности и находится в
пределах 1,5...15 МПа. Модуль упругости ячеистых бетонов ниже, чем у обычных
бетонов, т. е. они более деформативны. Кроме того, у ячеистого бетона
повышенная ползучесть.
Ячеистые бетоны и изделия из них обладают хорошими звукоизо­ляционными
свойствами, они огнестойки и легко поддаются механи­ческой обработке (пилятся
и сверлятся).
Наиболее рациональная область применения ячеистых бетонов — ограждающие
конструкции (стены) жилых и промышленных зданий: несущие — для малоэтажных
зданий и ненесущие — для многоэтажных, имеющих несущий каркас.
                      3. ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ                      
Номенклатура теплоизоляционных материалов очень широка. Но около 90% от
общего объема применения в строительстве составляют два вида изделий: из
искусственных минеральных волокон (около 70%) и ячеистых пластмасс –
пенопластов (около 20%). Это объясняется простотой технологии их производства
(это касается пенопластов), огромной сырьевой базой ( это касается
минеральных волокон) и высокими эксплуатационными свойствами.
     Неорганические материалы изготавливаются на основе минерального сырья
(горных пород, шлаков, стекла, вяжущих веществ, асбеста и т.п.). К этим
материалам относятся изделия из минеральной ваты, пеностекло, ячеистые бетоны,
асбестосодержащие засыпки и мастичные составы, а также пористые заполнители,
используемые как теплоизоляционные засыпки (керамзит, перлит, вермикулит и
др.). Неорганические теплоизоляционные материалы теплостойки, негорю­чи, не
подвержены зашиванию. Как уже говорилось, наибольшее применение находят изделия
на основе минеральной ваты.
     Минераловатные изделия получают на основе коротких и очень тонких
минеральных волокон (минеральной ваты), скрепляемых в изделия с помощью
связующего или другими способами.
     Минеральную вату вырабатывают из силикатных расплавов, сырьем для которых
служат металлургические шлаки, осадочные (мергели, каолины и др.) и изверженные
(базальт и др.) горные породы, отходы стекла и другие силикатные материалы.
Название минеральная вата получает по виду сырья: например, шлаковая,
базальтовая или стекло­вата. Вид сырья определяет, в частности,
температуростойкость ваты (у базальтовой ваты — до 1000° С, а у стекловаты
550...650° С), тонкость и упругость волокна и другие свойства.
Силикатный расплав раздувом или разбрызгиванием центрифугой превращают в
тончайшие стекловидные волокна диаметром 1...10 мкм и длиной в несколько
сантиметров. Волокно собирается в камере волокноосаждения на непрерывно
движущейся сетке. Сюда же пода­ется связующее вещество для получения из
рыхлого минерального волокна ковра и дальнейшего формования изделий (в
исходном виде минеральная вата в настоящее время не применяется).
Минераловатные изделия применяют для тепловой изоляции в широком диапазоне
температур: — 200... + 600° С; изделия на основе специальных минеральных
волокон (на­пример, базальтовых) выдерживают до 1000° С. Они слабо
адсорбируют влагу, не поражаются грызунами.
Производят следующие виды минераловатных изделий: мягкие плиты (ми­неральный
войлок) и прошивные маты, полутвердые и твердые плиты и скорлу­пы (рис. 1).
                              
              Рис.1. Теплоизоляционные изделия из минеральной ваты:              
     а — минеральный войлок; б — полужесткие плиты; в — 
                         полуцилиндры; г — прошивной мат                         
     Мягкие маты и плиты (минеральный войлок) получают как с помощью прошивки
минерале ватного ковра, сдублированного с фольгой или метал­лической сеткой,
так и с помощью ми­нерального связующего путем его лег­кой подпрессовки. Такие
маты выпускают в виде рулонов. Плотность 30...100 кг/м3;
теплопроводность 0,033...0,035 Вт/(м∙К).
     Полужесткие и жесткие плиты и фасонные изделия получают с использованием
полимерных связующих (размер плит обычно 600´1200 мм при толщине от 50 до
120 мм). Для получения большой жесткости плиты без увеличения ее плотности
применяют технологию с частичной вертикальной ориентацией волокон. Плотность
плит 50...150 кг/м3; теплопроводность 0,04...0,06 Вт/(м∙К).
Подобные плиты используют для устройства теплоизоляции стен и кровельных
покры­тий. Плиты легко режутся и укрепляются на стенах клеющими масти­ками.
Скорлупы и сегменты используют для изоляции трубопроводов.
     Пеностекло (ячеистое стекло) — материал, получаемый термиче­ской
обработкой порошкообразного стекла (обычно для этого исполь­зуется стеклобой),
смешанного с порошком газообразователя (мел, известняк, кокс). В момент
перехода стекла в пластично-вязкое состо­яние газообразователь выделяет газ (в
данном случае СО2), который вспучивает стекломассу.
Пеностекло имеет как бы двойную пористость: стенки крупных пор (диаметром
0,5..,2 мм) содержат микропоры (рис. 2.). При этом все поры замкнутые. Такое
строение пеностекла объясняет его низкую теплопроводность при достаточно
высокой прочности и практически нулевое водопоглощение и паронепроницаемость.
Теплопроводность пеностекла при плотности 200...300 кг/м3 составляет
0,06...0,12 Вт/(м∙К), а прочность на сжатие — 3...6 МПа.
                              
                          Рис. 2. Структура пеностекла:                          
                    1– поры; 2 – стеклянные прослойки                    
Ячеистое стекло легко обрабатывается (пилится, сверлится), хоро­шо сцепляется с
цементными материалами. Пеностекло применяют Для изоляции металлоконструкций,
при бесканальной прокладке тру­бопроводов и благодаря паронепроницаемости и
минимальному водопоглощению (>1%) для теплоизоляции стен, потолков
промышленных холодильников.
     Теплоизоляционные бетоны  бетоны плотностью не более 500
кг/м3 по структуре могут быть трех видов:
§          слитного строения на пористых заполнителях (например,
керам­зитовом гравии и перлитовом песке) и цементном или полимерном? вяжущем;
§          крупнопористые (беспесчаные) на однофракционном керамзито­вом
гравии и цементном или полимерном связующем;
§          ячеистые.
     Крупнопористые бетоны используют в виде плит, заменяющих засыпную теплоизоляцию.
     Ячеистые бетоны — наиболее перспективный вид теплоизоляцион­ных бетонов,
отличающиеся сравнительно простой технологией полу­чения. Их широкому
распространению препятствует высокое водопоглощение и гигроскопичность. Сухой
ячеистый бетон при плотности 300...500 кг/м3 имеет теплопроводность
0,07...0,1 Вт/(м∙К); при влаж­ности 8% теплопроводность возрастает до
0,15...0,18 Вт/(м∙К). При­меняют ячеистые бетоны в виде камней правильной
формы, заме­няющих 8...16 кирпичей.
     Монтажная теплоизоляция — специальная группа неорганических
теплоизоляционных материалов (засыпки и мастики) и готовых изде­лий (листы,
плиты, скорлупы), используемых для изоляции трубопро­водов и агрегатов с
высокими температурами поверхности. К таким материалам относятся
асбестосодержащие материалы (чисто асбесто­вые и смешанные), теплоизоляционная
керамика и др. использование асбеста в монтажной теплоизоляции основывается на
его огнестойко­сти и низкой теплопроводности, а в мастичных материалах он
выпол­няет также армирующие функции. Последнее объясняется волок­нистым
строением асбеста.
     Асбестовый картон и бумагу изготовляют из асбеста 4—5 сортов с
использованием органических клеев (крахмала, казеина). Асбестовая бумага
толщиной 0,3...1,5 мм и плотностью 450...900 кг/м3 имеет X  
=0,15...0,25 Вт/(м • К). Ее используют для изоляции поверхностей, работающих при
температурах до 500° С.
Асбестовый картон более толстый, чем бумага (2...10 мм). Его применяют для
предохранения деревянных и других конструкций из легкогорючих материалов для
защиты от возгорания. У асбеста для этого есть два необходимых свойства:
огнестойкость и низкая тепло­проводность.
     Асбестосодержащие смешанные материалы представляют собой порошки
из асбеста с различными добавками (слюды, диатомит, минеральные вяжущие и т.
п.). При затворении водой эти смеси превращаются в пластичное тесто, способное
при высыхании затвердевать. Из него получают покрытия на изолируемых
поверхностях или производят изделия — полуфабрикаты (плиты, скорлупы).
Изоляция подобного типа выдерживает температуры до 900° С; при этом
теплопроводность таких материалов составляет ОД...0,2 Вт/(м∙К). Имея
открытую пористость и высокое водопоглощение, асбесто­содержащие материалы
требуют защиты от увлажнения; тем более, что большинство из них не
водостойки.
Наиболее известны среди таких материалов вулканит и совелит. Вулканит 
получают из смеси диатомита (60 %), асбеста (20%) и извести (20 %).
Плотность вулканитовых изделий не более 400 кг/м3; тепло­проводность
< 0,1 Вт/(м∙К). Совелит получают из смеси асбеста с основным
карбонатом кальция и магния, получаемого из доломита; используют его при
температурах до 500° С.
Приготовление и нанесение асбестосодержащих теплоизоляцион­ных материалов,
сопряженное с выделением асбестовой пыли, должно вестись с соблюдением
требований Санитарных правил и норм.
     Для высокотемпературной теплоизоляции (1000° С и более)
применяют пенокерамические материалы и легковесные огнеупоры.
                                ЛИТЕРАТУРА                                
1.       Баженов Ю.М., Технология бетона. – М.: Стройиздат, 1978.
2.       Горлов Ю.П., Технология теплоизоляционных материалов. – М.:
Стройиздат, 1989.
3.       Попов К.Н., Каддо М.Д., Строительные материалы и изделия. – М.:
Высшая школа, 2002.
4.       Юдина Л.В., Юдин А.В., Металлургические и топливные шлаки в
строительстве. – Ижевск: Удмуртия, 1995.