Вопрос 57. Основы технологии пластмасс. Термореактивные полимеры.

Включает     следующие  процессы  - - дозировку            и          приготовление полимерной композиции,

- Формование изделий и стабилизация их формы и физико-механических свойств. - Приготовление        композиций производят на смесителях различных систем.

Для перемешивания сухих композиций   обычно   используют турбулентные и шнековые смесители. Широко используемым способом приготовления полимерных композиций является вальцевание - операция, при которой масса перетирается в зазоре между обогреваемыми валками, вращающимися в противоположном направлении . При многократном пропускании массы через валки полимер переходит в пластично-вязкое состояние. Этот процесс называется пластикация. Листовые изделия формуют обычно на каландрах, трубы и погонажные профильные изделия   на   экструдерах,   штучные   изделия литьем под давлением.

Каландрирование - процесс формования полотна заданной толщины и ширины из пластичной смеси путем однократного пропускания   между обогреваемыми полированными    валками    с    последовательно уменьшающимся  зазором .            Каландрированием    производят    полимерные пленки. В частности, большую часть линолеума изготовляют вальцево-каландровым способом. Многослойный линолеум получают горячим дублированием заранее отформованных на каландрах пленок: защитной, декоративной и подкладочной (несущей). Экструзия - процесс получения профилированных изделий способом непрерывного выдавливания размягченной массы через формообразующее отверстие (мундштук). Этим способом изготавливают трубы и погонажные изделия (плинтусы, оконные профили и т. п.). Выпускают специальные экструдеры для формования линолеума. На экструдерах формуют полимерные пленки в виде бесшовного рукава. Для этого формуют трубу. внутрь которой подается воздух раздувающий ее в тонкую пленку.

Горячее прессование используют для формования изделий из термореактивных полимеров. Так получают листовые материалы: бумажно-слоистый и дерево-слоистый пластик, сверхтвердые древесноволокнистые и древесностружечные плиты. Используют многоэтажные прессы с масляным или паровым обогревом плит (t = 120...150°C). На таких прессах формуют одновременно 5...15 листов. В начале прессования полимер расплавляется, связывая все компоненты, а затем необратимо твердеет, фиксируя заданную форму изделия. Пенопласты производят и другими методами. Полистирольный пенопласт получают из гранул полистирола, содержащих легкокипящую жидкость — изопентан. Небольшое количество гранул помещают в замкнутую форму, которую опускают в горячую (85...95°С) воду. Полистирол размягчается, изопентан, вскипая, вспучивает гранулы. Расширившиеся гранулы занимают весь объем формы, слипаются друг с другом и образуют плиту или изделие другой формы. Для получения изделий из пластмасс используют также промазывание и пропитку основ, напыление пластмасс, сварку и склеивание.

Пластмассы применяют в строительстве в виде .пленочных и листовых отделочных материалов, труб и других погонажных изделий, ультралегких газонаполненных пластмасс, а также клеев, мастик и других вспомогательных материалов. Большая доля полимерных материалов строительного назначения - материалы для полов. Они выпускаются в виде рулонных и ворсовых покрытий, плиток и жидко-вязких составов, используемых для получения бесшовных покрытий пола.

 Термореактивные полимеры

Термореактивные полимеры в отличие от термопластичных отвердевают необратимо. Отверждение происходит в результате сшивания линейных молекул в пространственные структуры как с помощью отверждающих добавок (отвердителей, вулканизаторов), так и за счет активных групп самих полимеров. В неотвержденном состоянии термореактивные полимеры обычно представляют собой олигомерные продукты. Термореактивные полимеры после отвердевания не растворяются ни в каких растворителях, хотя могут набухать в некоторых из них; при повышении температуры до некоторого предела они незначительно изменяют свои свойства, а затем наступает их термодеструкция (разложение). В отвержденном виде термореактивные полимеры более твердые и прочные, чем термопластичные. Примером термореактивных полимеров могут служить фенолформальдегидные, кар-бомидные, эпоксидные полимеры. К настоящему времени синтезировано большое количество полимеров (несколько тысяч), но. широкое применение в народном хозяйстве нашло только около 20 так называемых крупнотоннажных полимеров. Ниже приводятся краткие сведения об основных полимерах, применяемых в строительстве.

Вопрос 25. Химический и технологический состав строительных материалов.

Технологические свойства стройматериалов

Технологические свойства характеризуют способность материала к восприятию некоторых технологических операций, изменяющих состояние материала, структуру его поверхности, придающих нужную форму и размеры, и т. п. Такие технологические свойства, как дробимость, распиливаемость, шлифуемость, гвоздимость и т. п., имеют важное практическое значение, ибо от них зависят качество и стоимость готовых изделий и конструкций. Для оценки технологических свойств некоторых материалов разработаны числовые показатели и методы их определения (например, дробимость каменных материалов, подвижность и удобоукладываемость бетонных смесей, укрывистость красочных составов и др.). Для большинства же материалов установлены лишь качественные характеристики технологических свойств.

Химическая стойкость строительных материалов

Химическая стойкость — свойство материала сопротивляться действию агрессивной среды. Агрессивная среда (кислоты, щелочи, растворы солей, газы), взаимодействуя с материалом, может шевызвать его разрушение (коррозию). Степень разрушения зависит от многих факторов и прежде всего от состава материала и его плотности. Коррозионную стойкость оценивают химическим анализом. При небольшом модуле основности, когда в неорганическом материале преобладает кремнезем, наблюдается высокая стойкость к кислотам. Когда в составе неорганического материала преобладают основные оксиды и модуль основности достаточно высок, то этот материал обычно нестоек к кислотам, но щелочами не разрушается. Органические материалы (древесина, битумы, пластмассы) при обычных температурах относительно стойки к действию слабых кислот и щелочной среды. Однако значительная часть строительных материалов не обладает достаточной стойкостью к действию агрессивной среды и требует специальной защиты от коррозии.

Вопрос 32. Коррозия цементного камня и меры защиты от неё.

Коррозия цементного камня. Цементный камень является основой бетона и при воздействии агрессивной среды корродирует, т. е. разрушается.

Агрессивные среды классифицируют по их физическому состоянию на твердые, жидкие и газообразные.

К наиболее распространенным жидким агрессивным средам относятся природные и промышленные водные растворы, содержащие различное количество растворенных веществ (кислот, солей, щелочей), а также некоторые органические жидкости.

Атмосферные воды, выпадающие в виде осадков, могут содержать повышенное содержание соли в приморских и засушливых солончаковых районах. Химический состав речной воды зависит от источников питания реки и вида пород, в которых проходит русло реки. По степени минерализации, т. е. содержанию солей, речная вода разделяется на четыре ступени: I — малой минерализации (до 200 мг/л), II — средней (200—500); III — повышенной (500—1000); IV — высокой минерализации (более 1000 мг/л). Природные и грунтовые воды также существенно различаются по составу. Для северных и горных районов характерны мягкие грунтовые воды, образовавшиеся в результате таяния снега и выпадения дождей. В южных районах СССР часто встречаются сильноминерализованные грунтовые воды.

Агрессивные по отношению к цементным бетонам газы содержат СОг, SO3, пары и аэрозоли различных кислот и солей. К твердым агрессивным средам относятся сухие минерализованные грунты и различные сыпучие химические вещества: удобрения, краски, инсектофунгициды, гербициды и др. Коррозионные процессы в газообразной и твердой средах протекают только в присутствии жидкой фазы.

Физико-химические и химические коррозионные процессы при воздействии различных сред на конструкции из бетона и железобетона соответствуют в основном трем видам коррозии (по В. М. Москвину).

Коррозия первого вида обусловлена растворением некоторых компонентов цементного камня и в первую очередь гидроксида кальция — продукта гидролиза трехкальциевого силиката (коррозия выщелачивания). Она идет интенсивно в мягких водах, особенно при фильтрации воды через бетон. При выщелачивании Са(ОН)2 наряду с уменьшением плотности и нарушением структуры цементного камня начинается разложение других гидратов, устойчивых лишь при определенной концентрации СаО. Продукты коррозии выщелачивания образуют на поверхности бетона белые пятна и натеки.

Коррозия второго вида основана на обменных химических реакциях взаимодействия между цементным камнем и агрессивным водным раствором с образованием легкорастворимых, вымываемых солей или аморфных продуктов, не обладающих вяжущими свойствами. К ней можно отнести кислотную, углекислую и магнезиальную коррозии.

Защита бетона и других материалов от коррозии

Защита бетона и других материалов от коррозии вызывает большие расходы. Например, при строительстве химических заводов на антикоррозионную защиту зданий и аппаратов расходуется около 10…15% от общей стоимости строительства. Поэтому при строительстве зданий и сооружений необходимо прежде всего определить характер возможного действия среды на бетон, а затем разработать и осуществить нужные меры для предотвращения коррозии, которые в общем виде сводятся к следующему: 1) правильный выбор цемента, 2) изготовление особо плотного бетона, 3) применение защитных покрытий.

Как можно защитить бетон?

Защита строительных конструкций от биоповреждений предполагает проведение следующих мероприятий:

1. Эксплуатационно-профилактические:

– усиление вентиляции в целях понижения влажности воздуха и концентрации газов, способствующих развитию опасных микроорганизмов;

- герметизация с той же целью технологического оборудования;

- периодическая очистка и дезинфекция поверхности конструкций;

- нейтрализация агрессивных сред.

2. Конструктивные:

– придание поверхности конструкций формы, исключающей накопление на ней органических веществ, могущих служить пищей для микроорганизмов;

- устройство уклонов полов и отводящих лотков для сточных жидкостей.

3. Строительно-технологические:

– нанесение на бетонную поверхность лакокрасочных материалов;

- облицовка различными плитами;

- понижение проницаемости бетона;

- применение материалов, стойких к действию продуктов жизнедеятельности микроорганизмов, преимущественно к кислотам.

Методы защиты цементного камня от коррозии разнообразны, но всё они могут быть сведены в следующие группы:

- выбор надлежащего цемента;

- изготовление особо плотного бетона;

- применение защитных покрытий и облицовок, практически исключающих воздействие агрессивной среды на бетон.

1. Меры защиты природного камня от коррозии.

Непременным условием длительной службы каменных материалов в сооружениях является правильный их выбор с учетом эксплуатационной среды, минерального состава и структуры материала. Однако даже самые прочные породы при постоянном химическом воздействии атмосферных факторов и различных микроорганизмов разрушаются, т.е. происходит процесс выветривания. Основные причины выветривания природных каменных материалов в сооружениях: замерзание воды в порах и трещинах, вызывающее внутренние напряжения; чередующиеся изменения температуры и влажности, вызывающие появление микротрещин, растворяющее действие воды. Активное влияние на разрушение природного камня оказывает химическая коррозия под действием газов (02,С02, 803и др.), содержащихся в атмосфере, и веществ, растворенных в грунтовой или морской воде. различные микроорганизмы и растения. мхи, лишайники, поселилцсь в порах и трещинах камня, извлекают для своего питания соли, выделяя при этом органические кислоты, которые взаимодействуя с некоторыми составляющими компонентами камня, вызывают его разрушение. Такой вид коррозии называется биологическим разрушением. Стойкость материалов против выветривания тем выше, чем выше их пористость и растворимость. Поэтому все мероприятия i защите каменных материалов от выветривания направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и химически. Конструктивно защиту от увлажнения осуществляют путем устройства надлежащих стоков воды, придания изделиям гладкой повepxноcти и такой формы, при которых вода, попадающая на к, Не задерживается и не проникает внутрь материала. Физико-химические методы защиты природного камня сводятся гидрофобизации его поверхности кремнийорганическими жид-га: уплотнению поверхностного слоя камня путем его промономером с последующей полимеризацией в порах при каталитической или радиационной обработке. Для защиты карбонатных пород наиболее эффективным методом является флюатирование. В результате взаимодействия с поверхностным слоем камня происходит следующая реакция: 2СаС03+MgSiF6=2 CaF2+Si02+2С02Т+MgF2. Получающиеся новообразования практически нерастворимы й йоде. Они отлагаются в порах, уменьшая пористость и смачиваемость поверхности, скорость капиллярного подсоса воды, препятствуют загрязнению облицовки пылью.

ВОПРОС 42. Растворимое стекло и кислотоупорный цемент.

Растворимое стекло представляет собой натриевый или калиевый силикат , Растворимое стекло получают из смеси кварцевого песка с содой (или сульфатом натрия) и поташом в стекловаренных печах при температуре 1300... 1400 °С. Образовавшийся расплав при быстром охлаждении распадается на стекловатые полупрозрачные куски, называемые силикат-глыбой. В строительстве растворимое стекло применяют в жидком виде и часто называют жидким стеклом. Растворение силикат-глыбы производят водяным паром в автоклаве. Раствор жидкого стекла, поступающего на строительство, содержит 50...70 % воды и имеет плотность 1,3...1,5. Силикаты натрия или калия, являющиеся основными компонентами жидкого стекла, в воде подвергаются гидролизу. Образующийся при гидролизе гель кремниевой кислоты Si (ОН) 4 обладает вяжущими свойствами. По мере испарения жидкой фазы концентрация коллоидного кремнезема повышается, он коагулирует и уплотняется. В твердении растворимого стекла участвует также и углекислота воздуха, которая, нейтрализуя едкую натриевую или калиевую щелочь, образующуюся в растворе при гидролизе, способствует коагуляции кремнекислоты и более быстрому затвердеванию растворимого стекла. Однако глубина проникания углекислоты сравнительно невелика и положительное ее действие наблюдается только на поверхности. Процесс твердения растворимого стекла существенно ускоряется при повышении температуры и особенно при добавлении к нему веществ, ускоряющих гидролиз и выпадение геля кремниевой кислоты,например кремнийфтористого натрия. Кремнефторид натрия в воде гидролизуется.Образующийся при этом фтористый натрий мало растворим в воде, поэтому процесс расщепления силикатов жидкого стекла и выделения геля кремниевой кислоты (клеящего вещества) ускоряется, что приводит к быстрому твердению системы. Натриевое жидкое стекло используют для изготовления кислотоупорных, жароупорных и огнеупорных бетонов, огнезащитных обмазок и силикатизации грунтов. Калиевое жидкое стекло применяют для приготовления силикатных красок, мастик и кислотоупорных растворов и бетонов.

Кислотоупорный цемент изготовляют из тонкоизмельченных смесей кислотоупорного наполнителя (кварца, кварцита, диабаза, андезита и т. п.) и ускорителя твердения — кремнефтористого натрия. Название «цемент» для таких порошков имеет условный характер, так как они вяжущими свойствами не обладают и при за-творении водой не твердеют. Вяжущим веществом в таких цементах является растворимое стекло, на водном растворе которого их и затворяют. Чаще всего применяют кислотоупорный кварцевый кремнефтористый цемент, в котором наполнителем является чистый тонкомолотый кварцевый песок. Основное достоинство и принципиальное отличие кислотоупорного цемента от других неорганических вяжущих веществ — его способность сопротивляться действию большинства минеральных и органических кислот (кроме фтористоводородной, кремнефтористоводородной и фосфорной). Схватываются кислотоупорные цементы в пределах 0,3...8 ч. Предел прочности при растяжении через 28 сут должен быть не менее 2,0 МПа, а кислотостойкость — не менее 93 %. Предел прочности при сжатии стандартом не нормируется, но можно получить бетоны с прочностью при сжатии 30...40МПа и более. Кислотоупорный цемент применяют для приготовления кислотоупорных замазок, растворов и бетонов. Нельзя использовать кислотоупорный цемент для конструкций, подверженных длительному воздействию воды, пара и щелочей, а также в условиях низких температур (ниже —20 °С).

Вопрос 43. Классификация строительных материалов по технологическому признаку.

Стройматериалы делятся по технологическому признаку и способу изготовления.

Стройматериалы делятся на следующие группы:

- конструкционные, воспринимающие и передающие нагрузки;

- теплоизоляционные, обеспечивающие тепло здания;

- акустические для звукопоглощения и звукоизоляции;

- гидроизоляционные и кровельные для создания водонепроницаемых слоев на кровлях;

- герметизирующие для заделки щелей в сборных конструкциях;

- отделочные для украшения строительных построек;

- специального назначения для спецсооружений (огнеупорные, кислотоупорные);

- общего назначения, для разных целей (цемент, известь, бетон, древесина).

По технологическому признаку стройматериалы подразделяются с учетом вида сырья, из которого они сделаны, способа изготовления, свойства материала и области применения.

Вопрос 54. Химический состав и строение материалов: неорганические и органические, кристаллические и аморфные материалы.

Каждый материал, применяемый в строительстве, имеет различные свойства, определяющие область его рационального применения и возможность сочетания с другими материалами. Основные свойства строительных материалов (физические, механические, химические и технологические) определяются их химическим составом и строением. В зависимости от химического состава строительные материалы принято делить на: • органические (древесина, битум, пластмассы); • минеральные (природный камень, бетон, керамика и т. п.); • металлические (сталь, чугун, цветные металлы). У каждой из этих групп материалов есть свои специфические свойства. Так, органические материалы не выдерживают высоких температур и горят; минеральные, напротив, хорошо противостоят действию огня, а металлы очень хорошо проводят электричество и теплоту. Не меньше, чем химический состав, на свойства материала влияет его строение. При одном и том же химическом составе материалы различного строения обладают разными свойствами. Например, мел и мрамор — две горные породы, состоящие из карбоната кальция СаСО3, но пористый рыхлый мел имеет низкую прочность и легко размокает в воде, а плотный мрамор прочен и стоек к действию воды.

Органические вещества представляют собой соединения углерода с другими элементами (преимущественно водородом, кислородом и азотом). Среди строительных материалов из органических веществ чаще всего применяется древесина и битум. В XX в. появились и быстро завоевали прочные позиции полимерные материалы, синтезируемые из продуктов переработки нефти, угля и т. п. С точки зрения строителя органические вещества имеют серьезные недостатки. При нагреве или под действием ультрафиолетовых лучей они способны окисляться кислородом воздуха, а при температурах выше 200...300° С большинство органических соединений горит (горение — это тот же процесс окисления, но протекающий очень быстро и сопровождающийся концентрированным выделением теплоты, провоцирующим продолжение горения). Большинство органических веществ (за исключением некоторых синтетических полимеров) могут служить питательной средой для живых организмов. При развитии на органических материалах грибов или микроорганизмов происходит гниение этих материалов. Таким образом, можно заключить, что стойкость и долговечность органических материалов невелика. Однако многие положительные свойства органических материалов (невысокая плотность, относительно высокая прочность, легкость обработки и др.) привлекали и привлекают до сих пор к ним внимание строителей. Неорганические вещества, применяемые в строительстве (керамика, природный камень и др.), представляют собой соединения уже окисленных химических элементов — в основном оксидов кремния и алюминия с оксидами металлов. Например, песок — оксид кремния SiO2; глина — водный алюмосиликат — А12О3 • nSiO2 • mH2O; стекло — вещество, состоящее из оксида кремния, оксида натрия, оксида кальция и некоторых других оксидов. Будучи уже в окисленном состоянии, они не способны окисляться и тем более гореть. Такие материалы практически не разрушаются живыми организмами (не гниют). Однако их переработка в изделия, как правило, более трудоемка и энергоемка, чем переработка органических материалов. Кристаллические и аморфные тела. Все вещества состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. В зависимости от степени упорядоченности расположения атомов (или молекул) различают кристаллические и аморфные (стеклообразные) твердые тела. Кристаллическими называют тела, в которых атомы (или молекулы) расположены в правильном геометрическом порядке, причем этот общий порядок соблюдается как для атомов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, так и на значительном расстоянии (дальний порядок). Аморфными называют тела, в которых только ближайшие друг к другу атомы находятся в упорядоченном расположении; дальний же порядок отсутствует.

Год от года клееные деревянные конструкции становятся популярнее и все чаще применяются в гражданском и промышленном строительстве. И это объяснимо. Это легкий и долговечный материал. Благодаря современным технология возможно изготовление практически любых конструкций из клееного бруса. Эти конструкции дают возможность реализовывать самые сложные технические проекты. Материал легкий и тем не менее, способен выдерживать значительные нагрузки. Кроме обычных клееных конструкций производятся гнутые конструкции с кривизной от 6 метров. Легкость обработки также является немаловажным достоинством этого материала. Важным является и значительная, по отношению к металлу пожаростойкость. Конструкции сохраняют свои несущие свойства в течении более длительного времени в условиях повышенных температур. Способность древесины выдерживать воздействие солей и других химических реактивов выгодно отличает этот материал от бетона и металла, которые подвергаются сильному разрушению при контакте с химическими реактивами. Несомненным достоинством клееных деревянных конструкций является экологичность и высокие эстетические качества. В настоящее время деревянные клееные конструкции применяются для строительства спортивных и торговых объектов, манежей, мансард, мостов.Большую популярность этот материал завоевал в малоэтажном домостроении. В нем используется клееный стеновой брус, балки перекрытий и стропила. Любое строение с использованием клеенного деревянного бруса делает его уникальным и неповторимым