Материаловедение

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Южно-Уральский государственный  университет

Филиал ЮУрГУ в г.

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

 

 

По дисциплине: «МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ»

Вариант - 4

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Студент 4 курса

группы СтЭз-475

.

 

 

 

Проверил:

Руководитель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………..……………….……3

 

1 Вулканические туфы  и туфолавы……………………………………….…..5

 

2 Отощающие добавки в керамическую массу………………………..….…..6

 

3 Особенности стекловидного строения……………………………….….…..7

 

4 Общая характеристика и история возникновения портландцемента….....11

 

5 Арматура для бетонных изделий……………………………………….…..13

 

6 ДВП………………………………………………………………………..….15

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..17

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории - специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др. 
        Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. В зависимости от назначения, условий строительства и эксплуатации зданий и сооружений подбираются соответствующие строительные материалы, которые обладают определёнными качествами и защитными свойствами от воздействия на них различной внешней среды.       Учитывая эти особенности, любой строительный материал должен обладать определёнными строительно-техническими свойствами. 
        Например, материал для наружных стен зданий должен обладать наименьшей теплопроводностью при достаточной прочности, чтобы защищать помещение от наружного холода; материал сооружения гидромелиоративного назначения – водонепроницаемостью и стойкостью к попеременному увлажнению и высыханию; материал для покрытия дорого (асфальт, бетон) должен иметь достаточную прочность и малую истираемость, чтобы выдержать нагрузки от транспорта. 
        Классифицируя материалы и изделия, необходимо помнить, что они должны обладать хорошими свойствами и качествами. 
Свойство – характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации. 
Качество – совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением. 
        Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на три основные группы: физические, механические, химические, технологические идр. 
        К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение. 
        Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная

плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

 

3

 

        Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость. 
Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

        1 ВУЛКАНИЧЕСКИЕ ТУФЫ И ТУФОЛАВЫ

 

        Они произошли в результате попадания вулканического пепла и песка в расплавленную лаву до ее остывания. А какие породы называют вулканическими туфами? Вулканическими туфами называют горные породы, которые получились вследствие уплотнения рыхлых залежей вулканических пеплов и последующего цементирования их природными цементами.

        От туфов отличаются туфолавы. Это горная порода, занимающая промежуточное положение между лавой и туфом. Геологи считают, что туфолавы образовались при быстром вспенивании лав, сопровождаемом падением давления и связанным с этим дроблением вкрапленников и стекла без разрыва сплошности лавового потока.

        Туфолавы - горная порода, занимающая промежуточное положение между лавой и туфом. Образование туфолав связывают с быстрым вспениванием лав при падении давления и связанным с этим дроблением вкрапленников и стекла без разрыва сплошности лавового потока.

        В состав вулканических туфов и туфолав входят Si02, Аl2О3, Fe2O3 - Вулканические туфы и туфолавы хорошо сопротивляются выветриванию, мало теплопроводны и, несмотря на большую пористость, морозостойки. Они легко обрабатываются, распиливаются, пробиваются гвоздями., шлифуются, но не полируются.

        Типичный представитель туфолав - артикский туф, добываемый в Армении (вблизи г. Ленинакана). При истинной плотности около 2,6 г/см3 плотность породы колеблется от 750 до 1400 кг/м3. Соответственно пористость ее составляет 70-46%. Теплопроводность артикского туфа меньше, чем обыкновенного кирпича, что позволяет уменьшать толщину наружных стен зданий.

        Прочность туфов находится в тех же примерно пределах, что и прочность обыкновенного кирпича, т.е. 5-15 (иногда до 30) МПа.

        Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок и огнестойких перекрытий. Используются они также в качестве декоративного камня, чему благоприятствует наличие туфов разных цветов - лиловых, желтых, красных, черных. Применяются туфы и в виде щебня для легких бетонов.

        Типичным представителем туфолав является артикский туф, добываемый в Армении у станции Артик (близ Ленинакана). Он представляет собой стекловатную пористую породу, плотность которой - 750-1400, пористость 40-70%, предел прочности при сжатии 8-19 МПа.

        Цвет туфа - розовато-фиолетовый различных оттенков. Артикский туф - мягкий камень, легко обрабатываемый топорами или пилой. Он обладает высокой морозоустойчивостью. Из туфов выпиливают камни правильной

 

 

5

 формы для кладки стен. Их  форма может также быть и  неправильной (бут). Щебень из туфов  изпользуют как крупный заполнитель для легкого бетона.

        Артикский туф был излюбленным строительным материалом древней Армении. Надо отметить, что прочность артикского туфа такая же, как прочность самого лучшего кирпича или даже выше. Однако он не сразу нашел свое применение. Здесь уместно привести историю внедрения артикского туфа в строительстве, рассказанную и описанную В. П. Петровым в книге "Сложные загадки простого строительного камня" (M.: Недра, 1984).         События происходили в 20-х годах. В строительной практике СССР действовали нормы, оставшиеся со времен царской России. Согласно этим нормам, природный камень должен был иметь 10-кратный запас прочности.         Плотный известняк и гранит укладывались в эти нормы. Артикский и другие туфы Армении были гораздо слабее, но их прочность не уступала прочности самого лучшего кирпича. И вот парадокс! Кирпич являлся привычным материалом для постройки самых крупных сооружений. А туф, тонкостенные здания из которого стоят много веков, применять для крупных городских зданий нельзя! Его удел - крестьянские дома в сельских местностях.

        Только в результате многочисленных экспериментов с образцами артикского туфа, определения его качества и прочности было доказано, что туф однороден, что из него могут быть выпилены стандартные прямоугольные блоки, в которых отсутствуют дефекты. Вот тогда стала очевидна возможность использования артикского туфа в строительстве при тех же нормах, что и кирпича. Сейчас артикский туф добывают в больших количествах.

 

 

        2 ОТОЩАЮЩИЕ ДОБАВКИ В КЕРАМИЧЕСКУЮ МАССУ.

 

        Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах.

        Для уменьшения усадки в сушке и обжиге и для ускорения процесса сушки к пластичным глинам добавляют минеральные отощители. До недавнего времени пески были основным видом отощителя при производстве стеновых изделий, так как они дешевы и не требуют дополнительного измельчения. Расширение объема производства и интенсификация режимов сушки и обжига изделий потребовали введения в шихту шамота, получаемого из отходов обожженных изделий, дегидратированной глины, золы, шлака и т. д.

        Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающнх добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.

 

6

 

        Шамот - зернистый керамический материал (с зернами 0,14-2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий - лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

        Дегидратированная глина при температуре 700- 750 °С, добавляемая в количестве 30-50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.

        Песок (с зернами 0,5-2 мм) добавляют в количестве 10-25%.

        Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм)-эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роль отощителей выполняют также золы ТЭС и выгорающие добавки.

 

 

        3. ОСОБЕННОСТИ СТЕКЛОВИДНОГО СТРОЕНИЯ.

 

        Физические свойства веществ зависят от их состава и строения. Строение стекол является одним из разделов единой проблемы строения вещества. В связи с этим необходимо подчеркнуть, что современные представления о строении стекла базируются на фундаментальных положениях теоретических разделов неорганической и физической химии, кристаллохимии, химии и физики твердого состояния, и, кроме того, включают идеи и обобщенные положения отдельных гипотез строения стекла, основу которых составляют эмпирические зависимости свойств от состава и строения.

        Отсутствие прямых методов исследования аморфных веществ, отсутствие способов плоскостного изображения объемно неупорядоченных структур пока не позволяют создать завершенную теорию строения стекла.

Существует несколько теоретических  направлений решения проблемы строения стекла, среди которых наиболее широкое  распространение получили кристаллохимическое  и валентно-химическое. Они рассматривают строение стекла на электронном, атомном или молекулярном уровнях, базируясь на основных положениях кристаллохимии, теорий химической связи, зонного строения твердых тел. Преимущественное развитие этих направлений обусловлено в первую очередь прогрессом в области изучения структуры веществ, находящихся в кристаллическом состоянии. Следует отметить, что основополагающие гипотезы строения стекла А. А. Лебедева (1921) и

        Захариасена (1931) появились вскоре после открытия прямого метода изучения структуры кристаллов—метода рентгеноструктурного анализа (Лауэ, 1912).

 

7

        Менее распространены представления о полимерном строении стекол, кинетический подход к процессам твердения расплавов в виде стекла, а также представления о строении стекол на основе концепций о строении жидкостей или расплавов.

        Учитывая сложность и многоплановость вопроса строения стекла, ограничимся рассмотрением основных положений кристаллохимического и валентно- химического направлений, иллюстрируя их конкретными примерами строения силикатных стекол по мере усложнения их состава — от простейшего по составу однокомпонентного кварцевого стекла до двух-, трех- и многокомпонентных составов промышленных стекол.

        В основе данного описания лежат понятия ближнего и дальнего порядка в структуре веществ. Ближний порядок в общем случае, означает правильное расположение отдельных атомов относительно некоторого фиксированного атома.

        Для оксидных стекол ближний порядок характеризует расположение атомов кислорода относительно катионов. Например, атомы кремния всегда окружены четырьмя атомами кислорода. Координационные группировки [SiО2]4 сохраняются в расплавленном, кристаллическом или стеклообразном состояниях диоксида кремния. Это означает, что в структуре стекла сохраняется ближний порядок в расположении анионов относительно катионов кремния, характерный для координационной структуры кристаллов.

        Дальним порядком называется строго периодическое и последовательное расположение атомов или группировок из атомов в пространстве, которое обусловливает образование единой трехмерной решетки.

        Если для кристаллических структур характерно наличие ближнего и дальнего порядков, то особенность строения стекол состоит в том, что в их структуре имеется ближний порядок, но отсутствует дальний порядок в расположении координационных групп атомов. Отсутствие дальнего порядка в структуре характерно для жидкостей и аморфных тел.

        Основными элементами структуры силикатных стекол являются тетраэдры [SiО4]4, которые, соединяясь, друг с другом вершинами, способны образовывать непрерывную в одном, двух, или трех измерениях пространственную структуру (структурную сетку по Захариасену).

        Протяженность сетки определяется содержанием в составе стекла диоксида кремния. Апериодическую сетку, образующуюся путем сочленения координационных полиэдров вершинами, можно рассматривать как анион сложного состава. Компоненты стекла, способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку, такие, как SiO2, и другие, принадлежат к группе стеклообразователей. Компоненты стекла, не способные самостоятельно образовывать структурную непрерывную сетку,

 

8

 

называются модификаторами. К группе модификаторов, как правило,

принадлежат оксиды элементов первой и второй групп периодической  системы, а также некоторых элементов  других групп.

        Катионы модификаторов располагаются в свободных полостях структурной сетки, компенсируя избыточный отрицательный заряд сложного аниона. Кислородное окружение катионов модификаторов формируется в соответствии с их координационными требованиями. Прочность связи модификатор — кислород значительно ниже прочности связи стеклообразователь — кислород, поэтому модификаторы не образуют прочных координационных групп.