Урока Наименование разделов и тем программы

Расходы на строительные материалы, изделия и конструкции составляют 50-70% от стоимости строительства. Поэтому так важно знать, как минимизировать расходы на них. Это можно сделать за счет применения современных ресурсо- и энергосберегающих технологий, местного сырья, отходов промышленности. При этом от материалов, изделий и конструкций требуется обеспечение требуемого качества.

В качестве классификационных признаков выбирают: производственное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества, например их масса, прочность, и другие. В настоящее время в классификации учитывают также и функциональное назначение, например теплоизоляционные материалы, акустические материалы и другие в дополнение к делению на группы по признаку сырья — керамические, полимерные, металлические и т. п. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая их часть — к искусственным.

Каждой группе материалов или отдельным их представителям в промышленности соответствуют определенные отрасли, например цементной промышленности, стекольной промышленности и т. п., а планомерное развитие этих отраслей обеспечивает выполнение планов строительства объектов.

Природные, или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес». Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения, состава, например химического. Чаще других из природных используются лесные (древесные) и каменные материалы и изделия. Кроме них в готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., или животного мира, например шерсть, коллаген, боннскую кровь и др. Все эти природные продукты в сравнительно небольших количествах тоже используют в строительстве, хотя главными остаются лесные и природные каменные материалы и изделия.

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже — из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.

1. 
   Сырье
   

• 
  горные породы и минералы;
  
• 
  древесина;
  
• 
  сырье растительного (древесная смола, растительные масла, солома, камыш, мох, лен, хлопок, конопля, кора деревьев) и животного происхождения (шерсть, кожа, кровь, кости животных).
  

1.3 Отходы промышленного производства

2. 
   Технологии изготовления строительных материалов:
   
   1. 
      Обжиговые технологии: производство извести, производство строительного гипса, производство стекла, производство керамических изделий, производство цемента.
      
   2. 
      Безобжиговые технологии: производство силикатного кирпича, изготовление бетонов и строительных растворов, производство асбестоцемента, изготовление материалов на основе полимеров.
      
   3. 
      Технология композитов. Компоненты композитов: матрица (смола, полимер) и включенные в нее армирующие элементы (ткань, волокно, слоистые материалы). Примеры композитов: железобетон, пластики, металлокерамика, напорные трубы.
      
   4. 
      Нанотехнологии. Нанотехнологии в производстве цемента, бетона, арматуры, стекла, полимеров, краски, добавок и пр. Обеспечение безопасности при использовании наноматериалов.
      
3. 
   Утилизация бракованных строительных материалов и изделий.
   

Основным процессом при производстве воздушной извести является обжиг, при котором известняк декарбонизируется и превращается в известь по следующей реакции:

СаСО₃ + 42,52 ккал < = > СаО + СО₂

Из этого уравнения видно, что  для разложения одной грамм-молекулы СаСО₃ на СаО и СО₂ нужно затратить 42,52 ккал тепла, а для разложения 1 кг СаСО₃-425,2 ккал.

Практически температура обжига известняка в заводских условиях колеблется в пределах 1000-1200°С.

При неправильной эксплуатации печи, а также при попадании в нее кусков больших размеров или более высокой плотности, на что не рассчитан установленный на заводе режим обжига, часть материала не дожигается, так как не успевает декарбонизироваться. Такой недожог уменьшает выход теста из кипелки, так как недожженная часть материала при гашении не рассыпается в порошок и остается в виде кусков. Вредного влияния на качество твердеющей извести недожог не оказывает. При слишком высокой температуре обжига возможен пережог извести, при котором появляется крупнокристаллическая окись кальция. Пережог ухудшает качество извести, подвергающейся гашению, так как вызывает медленное гашение частиц пережженной извести, которые могут полностью погаситься уже в сооружении и вызвать не только образование в нем трещин, но даже и его разрушение.

Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaSO₄-2H₂O до температуры 150...160°С с частичной дегидратацией двуводного гипса и переводом его в полуводный гипс CaSO₄-5H₂O (строительный гипс или алебастр).

Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получают обжигом двуводного гипса при более высокой температуре до 700... 1000°С с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция — ангидрита CaSO₄. К низкообжиговым относится строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым — ангидритовый цемент и эстрихгипс.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служат природный гипсовый камень и природный ангидрид CaSCu, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислый кальций, например фосфогипс. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

Закрепление формы изделия осуществляют быстрым охлаждением. При этом вследствие низкой теплопроводности стекла возникают большие перепады температур, вызывающие внутренние напряжения в стеклоизделии. Поэтому обязательная операция после формования — отжиг, т. е. охлаждение изделий по специальному ступенчатому режиму: быстрое — до начала затвердевания стекломассы, очень медленное — в момент перехода стекла от пластического состояния к хрупкому (собственно отжиг) и вновь быстрое — до нормальной температуры. Отжиг может производиться сразу при формировании изделий или после повторного нагрева до температуры начала размягчения.

1. 
   Добыча и обработка сырья.
   

• 
  Добывается известняк, глина, гипсовый камень.
  
• 
  Добытый известняк дробят, сушат, измельчают и перемешивают в нужной пропорции с глиной. Примерно 75% извесняка и 25% глины. Состав постоянно корректируется, в зависимости от характеристик используемых материалов.
  

2. 
   Обжиг сырьевого состава и получение клинкера - следующий шаг в производстве цемента
   

• 
  Шлам поступает в специальную печь, где происходит его обжиг при температуре около 1450 градусов.
  
• 
  При этой температуре шлам спекается (почти как зерна керамзита), превращаясь в так называемый клинкер.
  
• 
  Клинкер измельчают в специальных жерновах до порошкообразного состояния
  

3. 
   Смешивание компонентов и получение портландцемента.
   

• 
  В измельчённый клинкер добавляют примерно 5% гипса.
  
• 
  В зависимости от марки и вида цемента, вводятся минеральные добавки (цифры д0, д5, д20 в маркировке)
  

Прямое безобжиговое прессование кирпичей, плиток и стройблоков — экологически абсолютно чистое производство. Таким путем можно получить строительные материалы различных назначений: стройблок, кирпич, дорожный камень (брусчатку), черепицу, облицовочную и тротуарную плитку. Качество изделий зависит только от качества изготовления пуансона и матрицы: поверхность может получаться глянцевая, прочность — в зависимости от количества и качества связующего, вводимого в смесь,— до 600 кГ/см².

Условием прямого безобжигового прессования строительных изделий является минимальное количество влаги и большое предварительное обжатие.

Условием получения изделий более высокой прочности является их пропаривание при высоком давлении (обработка в автоклавах).

Полная естественная сушка заканчивается через неделю. При минимально необходимом количестве влаги в смеси, с использованием связующего цемента и предварительном обжатии до 5 кГ/см², готовые изделия имеют способность к самопрогреванию, в результате чего сушка проходит более интенсивно, и уже через сутки изделие созревает для использования.
Экструзия (продавливание)

Продавливание (экструзия) – способ получения изделий продавливанием массы через часть пресса – экструзионную решетку. Методом экструзии можно изготавливать изделия на минеральной основе (гипс, цемент, глина, известь), например: кирпич, блоки, безнапорные трубы, плиты перекрытия, стеновые панели и др.

Методом экструзии можно изготовлять изделия из древесных опилок и смолы (древесно-полимерные материалы).

Методом экструзии получают строительные изделия на основе полимеров, например плинтусы, стыковочные профили, трубы.

Производство бетонных и железобетонных конструкций (фундаменты, колонны, балки, плиты перекрытия и др.) основано на твердении приготовленной смеси в условиях высокой влажности и положительной температуры. Твердение происходит за счет химической реакции минералов цемента и воды. Твердение портландцемента в значительной мере зависит от температурно-влажностных условий. Так, понижение температуры от 20 до 5° С замедляет твердение в 2—3 раза, а повышение до 80° С увеличивает скорость гидратации в 6 раз. При температуре ниже -10°С гидратация цемента практически прекращается.