Ciencia de los materiales en la construcción. Las principales propiedades físicas de los materiales de construcción: información necesaria antes de comprar

El amplio alcance de la construcción en la Unión Soviética va acompañado de una expansión en la producción de materiales locales y la introducción de nuevos tipos de materiales en la práctica de la construcción, así como un aumento en las piezas de construcción y los productos semiacabados fabricados en fábrica. Los principales materiales de construcción incluyen: materiales forestales, piedra natural, cerámica, aglutinantes minerales, hormigón y productos elaborados a partir de ellos, materiales de piedra artificial, materiales bituminosos y aislantes térmicos, productos metálicos, etc.

Materiales forestales- El pino, el abeto, el abeto, el cedro y el alerce son ampliamente utilizados en la construcción. Estos materiales se dividen en madera en rollo (troncos, bitas y postes) y madera aserrada (placas, cuartos, tableros, losas, vigas y barras). En la construcción, se utiliza madera con un contenido de humedad de no más del 20%. Para proteger las estructuras de madera de los edificios de la humedad y el deterioro, se recubren o rocían con antisépticos (alquitrán, creosota, etc.)

materiales de piedra natural utilizado en la construcción tanto sin procesamiento como después del procesamiento preliminar (divisiones, corte y aserrado). El peso volumétrico de las piedras naturales oscila entre 1100 y 2300 kg/m3, y su coeficiente de conductividad térmica oscila entre 0,5 y 2. Por lo tanto, los escombros y los adoquines se utilizan principalmente para la colocación de cimientos, la pavimentación de caminos y para su transformación en piedra triturada. Las rocas también se utilizan para hacer cal, yeso, cemento y ladrillos. Materiales como arena, grava y piedra triturada se utilizan como agregados para la preparación del hormigón.

materiales y productos cerámicos- Son productos de piedra artificial que se obtienen por moldeo y posterior cocción de la masa arcillosa. Estos incluyen productos cerámicos porosos (ladrillo ordinario de arcilla, ladrillo poroso, ladrillo hueco, tejas cara vista, tejas, etc.) y productos cerámicos densos (clinker y baldosas). Recientemente, un nuevo material, la arcilla expandida, ha sido ampliamente utilizado en la construcción. Se trata de un material ligero en forma de grava y piedra triturada con cocción acelerada de arcillas fusibles. Durante la cocción, la arcilla se hincha y se obtiene un material poroso con una densidad aparente de 300-900 kg/m3. La arcilla expandida se utiliza para la fabricación de hormigón y hormigón armado.

Aglutinantes minerales- estos son materiales en polvo, cuando se mezclan con agua, forman una masa pastosa, que se endurece gradualmente y se convierte en un estado similar a la piedra. Hay conglomerantes de aire que pueden endurecerse solo en aire (yesos de construcción, cal aérea, etc.), e hidráulicos que endurecen no solo en aire, sino también en agua (cal hidráulica y cementos).

hormigones y productos de ellos: piedras artificiales obtenidas como resultado del endurecimiento de una mezcla de aglutinante, agua y agregados (arena fina y grava gruesa o piedra triturada). El hormigón puede ser pesado (peso volumétrico superior a 1800 kg/m3), ligero (peso volumétrico de 600 a 1800 kg/m3) y termoaislante o celular (peso volumétrico inferior a 600 kg/m3). El hormigón celular incluye hormigón celular y hormigón celular.

hormigón celular obtenido mezclando pasta o mortero de cemento con una espuma especial estable. Para obtener hormigón celular, se introducen sustancias formadoras de gas en la pasta de cemento que contiene arena, escoria y otros agregados. Las estructuras y partes de hormigón en las que se introduce un marco de acero, el refuerzo que consiste en varillas de acero interconectadas por soldadura o conectadas por alambre, se denominan hormigón armado.

Materiales no cocidos de piedra artificial- se trata de yesos y productos similares al yeso (losas y paneles para tabiques y láminas de yeso seco, magnesita) utilizados para solados y fabricación de tableros de fibra, productos de silicato (ladrillo de silicato, etc.) y productos de fibrocemento, losas para techos lisas y onduladas hojas (pizarra) .

Materiales bituminosos contienen en su composición betunes naturales o aceites de alquitrán, breas, alquitranes en bruto. Se denomina mortero asfáltico a la mezcla de betún y arena, que se utiliza como base para la colocación de suelos de baldosas, suelos asfálticos y para la impermeabilización. Los materiales bituminosos incluyen material para techos, glassine, hydroisol, borulin, fieltro para techos. Estos materiales se utilizan para techos, impermeabilización y barrera de vapor.

Materiales de aislamiento térmico Se utiliza para proteger habitaciones o estructuras individuales de la pérdida de calor o del calentamiento. Estos materiales tienen alta porosidad, baja densidad aparente y baja conductividad térmica hasta 0,25. Existen materiales de aislamiento térmico de origen orgánico y mineral. Los orgánicos incluyen: tableros de fibra (tableros duros) de fibra de madera triturada; paja y juncos: losas prensadas de paja o juncos y cosidas con alambre; fibrolita: placas prensadas a partir de virutas de madera unidas con una solución aglutinante de magnesio. De los materiales minerales de aislamiento térmico, se han generalizado el hormigón celular y el hormigón celular, la lana mineral, el silicato de espuma, etc.. Recientemente, los productos a base de plásticos se han introducido en la práctica de la construcción. Este es un gran grupo de materiales, que se basa en compuestos naturales artificiales de alto peso molecular. Para revestir las superficies interiores de la habitación, puede usar láminas de aluminio que reflejen la radiación térmica de los animales y los calentadores.

La producción moderna ofrece una amplia elección para la construcción. Los mercados están llenos de una gran cantidad de productos de fabricantes nacionales y extranjeros.

Los materiales de construcción varían mucho en sus propiedades.

Para tomar la decisión correcta en esta área, debe tener una idea no solo sobre qué materiales se utilizan, por ejemplo, en la construcción de un baño, sino también sobre qué se incluye en los materiales seleccionados, así como sobre las propiedades que ellos poseen.

Al utilizar cualquiera de los materiales existentes en la construcción privada, es necesario tener en cuenta todas las propiedades físicas y mecánicas. Esto le permitirá elegir el material de construcción más adecuado, cuya calidad cumplirá con los requisitos necesarios. Las propiedades básicas de los materiales de construcción se pueden clasificar en varios tipos básicos.

El primer tipo de propiedades son las propiedades físicas, que incluyen: peso volumétrico total, gravedad específica real, densidad y su posible porosidad. De estas propiedades depende la proporción de uno u otro material de construcción y su pertenencia a tipos individuales de construcción.

El segundo tipo de propiedades incluye aquellas propiedades que determinan el efecto de la humedad sobre el propio material y las posibles consecuencias cuando esta humedad se congela. Estas propiedades incluyen: absorción de humedad, humedad inicial, así como el retorno de esta humedad al medio ambiente, resistencia a la absorción de humedad y resistencia a la congelación.

El tercer tipo de propiedades son las propiedades mecánicas como el desgaste, la resistencia y la densidad. El cuarto tipo de propiedades incluye todas aquellas propiedades de un material de construcción que están asociadas con efectos térmicos.

ladrillo poroso

Más detalladamente, se pueden caracterizar como conductividad térmica total, capacidad térmica inicial y resistencia al fuego, así como resistencia al fuego. Además, hay algunas propiedades térmicas que son exclusivas de un determinado tipo.

Algunos materiales de construcción tienen una capacidad bastante rara para resistir la destrucción, que puede ser causada por la exposición a varios ácidos, gases, sales y álcalis. Tales propiedades se refieren a propiedades corrosivas o, como comúnmente se les llama, propiedades químicas.

Las propiedades de tipo tecnológico pertenecen a un tipo separado de propiedades. Estas propiedades incluyen la capacidad que contribuye al procesamiento del tipo mecánico de un solo material de construcción.

Por ejemplo, la madera se puede mecanizar fácilmente con herramientas manuales o automáticas. Todas estas propiedades deben tenerse en cuenta antes de elegir uno u otro material de construcción para la construcción privada de cualquier tipo.

Las principales características de las propiedades físicas y químicas de los materiales para la construcción.

La gravedad específica es el peso total de un material de construcción individual, que se indica en una unidad de volumen. En este caso, el estado del material en sí debe ser lo más denso posible, excluyendo los poros. En consecuencia, el peso volumétrico es el peso total del material en su estado dado, teniendo en cuenta cualquier nivel de granulosidad y poros.

El peso volumétrico tiene otro tipo bastante común: el peso a granel. Este peso es el peso total de los rellenos (arena o grava), que no resta el peso de los vacíos que se forman entre las partículas grandes del material de construcción a granel.

La densidad es el grado total de llenado del volumen de un material individual con aquellas partículas sólidas de las que está compuesto el material mismo. La porosidad es la relación entre el volumen total de las partes porosas de un material y su volumen total.

Debido al diferente tamaño de los poros de aire, se puede dividir en poroso grande y poroso fino. Dichos poros se calculan en centésimas y décimas de milímetro. Si hay poros más grandes en los materiales de construcción, en su mayor parte esto se aplica a las opciones a granel, entonces dichos poros generalmente se denominan vacíos.

Por regla general, la porosidad se indica como un porcentaje. Por ejemplo, un metal tiene 0 por ciento de porosidad, mientras que una losa de lana mineral tiene 90 por ciento de porosidad. Como regla general, los materiales de construcción con porosidad máxima desempeñan el papel de un buen material aislante térmico, que se utiliza tanto en la construcción exterior como interior.

Paleta materiales de construcción

La absorción de agua es el grado máximo de llenado de un volumen libre con humedad. La diferencia en la confiabilidad y la resistencia de un material de construcción individual en su estado seco y saturado con humedad se puede llamar coeficiente de ablandamiento del material.

Conocer este coeficiente es necesario para calcular la resistencia en condiciones de alta humedad. De lo contrario, la fiabilidad de la estructura construida será dudosa. Este coeficiente puede variar de 0 a 1 para diferentes materiales de construcción. Como regla general, el uso de una piedra en condiciones de alta humedad es inaceptable si su ablandamiento es de 0,8.

Todos los materiales de construcción que tienen un factor de ablandamiento superior a 0,8 se pueden utilizar en condiciones de alta humedad. Estos se llaman impermeables.

La liberación de humedad por parte de un material de construcción es una rara habilidad de un material, en la que, bajo las condiciones del cambio climático, un cierto porcentaje de humedad, que estaba contenido en el propio material de construcción, se libera al medio ambiente.

Esta capacidad se puede determinar por la rapidez con que se seca el material a temperaturas elevadas del aire, así como por el peso de la humedad que se desprende, que se puede encontrar a partir del peso total del material de construcción. El contenido de humedad de un material de construcción es la cantidad de líquido contenido en el material de construcción en su forma estándar.

La permeabilidad a la humedad es una capacidad separada en la que, bajo la influencia de la presión artificial, un líquido pasa a través de un material de construcción.

La resistencia a las heladas es una capacidad separada de un material en estado húmedo para soportar cambios bruscos de temperatura. En este caso, la estructura no debe ser destruida. Aquellos materiales de construcción que no difieren en una alta saturación de humedad pueden considerarse con seguridad resistentes a las heladas.

Para que el material de construcción tenga una buena resistencia a las heladas, su coeficiente de ablandamiento no debe ser inferior a 0,9. Una propiedad bastante importante del material de construcción utilizado para la construcción de muros de carga es la permeabilidad al gas. Esta propiedad de un material de construcción es responsable de la capacidad de pasar gas o aire a través de su estructura.

Para reducir la permeabilidad a los gases, los productos hechos de dicho material deben revestirse con pinturas de tipo aceite, betún o yeso de cemento simple.

La conductividad térmica es la capacidad de un material para transmitir energía térmica a través de su estructura. Esto sucede cuando la temperatura del aire en ambos lados de la estructura, que está construida con este material de construcción, tiene indicadores diferentes.

Conocer tales propiedades de los materiales de construcción es simplemente necesario para proporcionar una superficie de alta calidad para muros de carga, pisos entre pisos o estructuras aislantes. De lo contrario, una casa construida con materiales de construcción con alta conductividad térmica en invierno será bastante difícil de calentar.

Y en verano, hará bastante calor dentro de la casa, lo que afectará negativamente el microclima del espacio habitable. Para una construcción de la más alta calidad, es necesario conocer el coeficiente de conductividad térmica del material de construcción, que es igual a la cantidad total de energía térmica, expresada en kilocalorías, que atraviesa una estructura cuyo espesor es de 1 metro y con un total área de 1 metro cuadrado por un período de tiempo de 1 hora. Al mismo tiempo, la temperatura del aire en ambos lados de la estructura debe diferir en solo 1 grado Celsius.

Construcción de una casa de troncos.

El grado de conductividad térmica se puede determinar teniendo en cuenta el nivel de porosidad del material, su tipo y peso, así como la temperatura mínima de calentamiento a la que se libera o conduce la energía térmica. La máxima conductividad de la energía térmica tiene aquellos materiales de construcción que tienen una cantidad mínima de poros de aire.

El hecho es que el aire en sí tiene una conductividad térmica bastante baja. Por esta razón, los materiales de construcción que tienen una porosidad aumentada tienen un porcentaje mínimo de conductividad térmica. El tipo de poros en el material de construcción también es de gran importancia.

Por ejemplo, un material finamente poroso tiene un porcentaje menor de conductividad de energía térmica que uno de porosidad gruesa. Además, un material cuyos poros están aislados entre sí tampoco se consideran materiales de construcción altamente conductores, a diferencia de aquellos cuyos poros se cruzan. Esto puede explicarse por el hecho de que el aire se transporta en poros grandes, durante los cuales hay una conductividad insignificante de la energía térmica.

La capacidad térmica es la capacidad de un material individual para absorber una cierta cantidad de energía térmica cuando una fuente de calor actúa sobre el material. Para determinar el coeficiente de capacidad térmica de un material de construcción, es necesario calcular la cantidad total de calor, determinada en kilocalorías, que se requerirá para calentar un material de construcción individual a 1 grado.

Este coeficiente varía de 0 a 1. Los materiales de construcción de piedra tienen un coeficiente de capacidad térmica de 0,20. la madera tiene 3 veces el valor de este coeficiente. Los materiales de construcción metálicos no pueden presumir de un alto valor de este coeficiente. Por ejemplo, para el acero, dicho coeficiente es 0,11.

La estabilidad térmica se considera una característica bastante importante. Esta es la capacidad de mantener la temperatura que se le ha dado durante el mayor tiempo posible. Esto es especialmente importante en la construcción de muros de carga, tabiques o suelos. Cuanto más tiempo estos elementos de construcción retengan el calor en su superficie, más fácil será calentar el espacio habitable en la temporada de invierno.

La resistencia al fuego es la capacidad de un material de construcción para resistir los efectos de temperaturas elevadas durante el mayor tiempo posible, lo que tiene un efecto directo sobre el propio material de construcción.

Tales propiedades son bastante útiles en la construcción de estructuras que están a altas temperaturas durante mucho tiempo. Tales estructuras incluyen estufas, tubos de calor o chimeneas. Todas estas estructuras de construcción requieren un material de construcción con mayor resistencia al fuego.

La resistencia a la corrosión oa los productos químicos se considera una de las cualidades más raras de los materiales de construcción. Uno de los tipos que resiste con éxito el ataque químico es la cerámica. Tal material de construcción puede resistir tal exposición durante bastante tiempo, lo que la mayoría no puede hacer. Por lo tanto, queda claro que el conocimiento de las diversas características del material de construcción es muy importante en la construcción de un edificio residencial o dependencias.

Por ejemplo, las principales propiedades físicas a las que debe prestar atención son la resistencia al fuego, la capacidad calorífica, la permeabilidad al aire, la absorción de agua, la porosidad, la resistencia a la radiación, la absorción del sonido y otras.

Más sobre algunos de ellos.

resistente al fuego

Es la capacidad de mantener sus principales características (dureza, resistencia, etc.) incluso cuando se expone a altas temperaturas. Según el grado de resistencia al fuego, los materiales se dividen en:

• combustible;
• retardante de llama;
• Incombustible.

Por ejemplo, el acero, el hormigón y el ladrillo son materiales de construcción ignífugos, ya que no arden ni se encienden cuando se exponen al fuego abierto. Todo lo que les puede pasar a estos materiales en tales casos es su deformación.

El hormigón asfáltico y los tableros de fibra están relacionados con la combustión lenta. Cuando se exponen directamente a una llama, arden y se carbonizan, pero su combustión se detiene después de que se retira la fuente de alta temperatura. Los más inestables al fuego son los plásticos, la madera y los materiales para techos. Estos continúan ardiendo incluso después de que se retira la fuente de ignición.

Conductividad térmica

dispositivo de llenado

Esta característica implica la transferencia de calor al exterior o al interior del edificio a una diferencia de temperatura. La estructura, la porosidad y la humedad son las principales propiedades de los materiales de construcción de las que depende la conductividad térmica.

Cuanto mayor sea la densidad, mejor transferirá el calor. La presencia de humedad en el material de construcción también le permite aumentar su conductividad térmica.

Resistencia del aire

Debido a esta propiedad, el material de construcción puede resistir la humedad y el secado repetidos sin perder la forma y reducir la resistencia con el tiempo. Para aumentar la resistencia al aire, se introducen aditivos repelentes al agua en los materiales de construcción.

Al construir una casa, debe prestar atención no solo a las características físicas, sino también a las características ambientales que decide elegir para el trabajo. Para decoración de interiores es mejor elegir un material que no solo sea resistente a todo tipo de efectos adversos, sino que también sea respetuoso con el medio ambiente. Las personas vivirán en la casa, por lo que vale la pena considerar qué impacto tendrá en la salud.

Opción para la decoración de interiores.

Muchas personas no prestan la debida atención al material destinado a terminar el trabajo dentro de la casa. El hecho es que las paredes ocupan la mayor parte del área del espacio habitable, por lo que la mirada a la entrada de un apartamento o casa se detiene inmediatamente en ellas. Independientemente de la naturaleza y la posición en la sociedad, la gente quiere una cosa: que las paredes de su casa sean hermosas y confiables.

La magnesita de vidrio es un material que no le teme al fuego.

En la decoración de locales residenciales, lo mejor es elegir yeso, madera o materiales textiles. Ahora se llaman "transpirables". En habitaciones pequeñas, la decoración de paredes con cerámica, piedra y madera se verá muy expresiva. Tal acabado no solo dará el efecto de la naturalidad, sino que también hará que las paredes de la habitación sean brillantes y llamativas. Si no le gusta esta perspectiva, es mejor usar dichos materiales en la decoración de habitaciones adicionales (por ejemplo, un balcón o una logia).

Al decorar paredes, no se puede excluir el hecho de que terminar con materiales naturales puede molestarlo. Sería una pena cambiar el escenario, en cuya instalación se invirtió no solo mucho dinero, sino también su propio trabajo. Por lo tanto, las superficies pintadas y los papeles pintados tienen una ventaja sobre los "productos" naturales.

La decoración de interiores juega un papel importante en el diseño de la vivienda. Pero, ¿qué material elegir al construir? La práctica muestra que a menudo surgen muchas preguntas durante la construcción de muros. Después de todo, todos saben que las paredes deben ser fuertes, brindar protección contra diversas influencias atmosféricas y también tener un buen aislamiento térmico. Hay muchos materiales que se utilizan para este propósito. Por supuesto, al elegir, ¿será útil conocer cuáles son las principales propiedades de los materiales de construcción?

Ladrillo: ventajas y desventajas.

En primer lugar, este material es duradero y resistente a altas temperaturas. Un ladrillo de buena calidad no teme a la putrefacción, al agua o al fuego. La desventaja es su alta conductividad térmica, por lo que todos casas de ladrillo- frío. Gracias a la tecnología moderna, aparecen opciones para ladrillos porosos, pero ni siquiera se puede comparar con la madera. Hay dos tipos: ladrillos de silicato y cerámicos.

El ladrillo silicocalcáreo está hecho de agua, cal y arena, por lo que tiene un color blanco grisáceo. Es más pesado y denso que los ladrillos de arcilla, pero absorbe agua fácilmente y no se puede usar en la construcción de cimientos.

Variedad de piedra para decoración.

En la producción de ladrillos cerámicos, se utilizan mezclas que contienen arcilla cocida. Esto se divide en ladrillos de construcción y de revestimiento. En la construcción de muros internos y externos, se utilizan ladrillos de construcción, ya que son altamente resistentes a las heladas y también soportan bien las cargas. Para terminar las fachadas, toman un revestimiento, que no solo cumple una función decorativa, sino que también mejora el aislamiento térmico de las paredes.

Al elegir la construcción, debe prestar atención a su color, cualidades de resistencia, resistencia a las heladas. Por ejemplo, el color rosa pálido de un ladrillo habla de su subquemado. En consecuencia, al construir paredes con dicho material, su casa absorberá toda el agua como una esponja. No debe comprar un ladrillo de color marrón oscuro, ya que es absolutamente impermeable, lo que significa que no se mantendrá unido con mortero durante la construcción. Es bueno usar esto para la construcción de caminos: será agradable y seco caminar por ellos.

El uso del hormigón en la construcción de viviendas.

El hormigón es un material pétreo que se caracteriza por su resistencia al fuego, durabilidad, baja higroscopicidad y alta resistencia. En la construcción moderna, el líder es el hormigón celular, que tiene un buen aislamiento térmico. Debido a esta cualidad, este material le permite construir cabañas y casas con paredes bastante delgadas, cuyo peso es pequeño. Las variedades de hormigón celular incluyen hormigón celular, hormigón celular y silicato de gas, que difieren entre sí en la forma en que se forman las células y en su composición.

La principal desventaja es su alta higroscopicidad, por lo tanto, al crear una base durante la construcción, se necesita una buena impermeabilización. En cuanto a otras características, el hormigón celular es un material respetuoso con el medio ambiente con baja conductividad térmica, resistencia al fuego y resistencia a las heladas. Además, tiene un peso relativamente pequeño, lo que lo hace tan popular.

Madera en construcción

Si el ladrillo o el hormigón se utilizan principalmente en la construcción de edificios industriales y edificios de varios pisos, entonces para construir su propia casa no hay nada mejor y mejor que la madera. Es fácil de manejar y es uno de los materiales más duraderos y livianos que retienen el calor y el olor agradable durante un largo período de tiempo. La madera no es inferior en plasticidad a la plastilina y la arcilla, ya que toma la forma necesaria en su forma cruda. Color, textura, olor y brillo son las principales propiedades de los materiales de construcción de madera.

Madera en construcción

El color de la madera depende de la composición del suelo, la edad del árbol y el clima. La madera contiene varios taninos, que le dan un cierto color. La textura se refiere al patrón natural que tienen las fibras de madera. Los árboles pertenecientes a especies decorativas tienen una textura muy hermosa: roble, caoba, nuez. Entre todas las variedades, la madera densa y ligera tiene el mayor brillo.

El más utilizado en la construcción es el pino. Debido al alto contenido de resina, es resistente a la descomposición y a diversas influencias atmosféricas. El pino tiene una estructura blanda, lo que le permite absorber fácilmente varios barnices y tintes. Durante la contracción, dicho material casi no se deforma.

El abeto es inferior al pino en muchos aspectos. Es más difícil de procesar, el contenido de resina en su madera es bajo, por lo que la resistencia a la intemperie es baja.

Materiales utilizados en la construcción de carreteras.

Estos están sujetos a diversas influencias. ambiente mucho más a menudo que los materiales que se utilizan en la decoración de interiores. Las influencias mecánicas incluyen diversas cargas de los vehículos, así como los efectos del viento y el agua. Las precipitaciones atmosféricas y las fluctuaciones de temperatura son factores físicos y químicos. Con el tiempo, las estructuras de las carreteras se destruyen gradualmente, por lo que sus propiedades determinan la idoneidad para cualquier condición.

Las propiedades físicas determinan la actitud ante los procesos que ocurren en el medio ambiente. Gravedad específica, densidad aparente, humedad, contracción, resistencia a la luz y al fuego: todas estas son las principales propiedades físicas de los materiales de construcción de carreteras.

Para la construcción de carreteras, se utilizan principalmente materiales de piedra natural. Sus propiedades dependen de la composición de la roca, así como de su estado. Las rocas ubicadas en la corteza terrestre en forma de matrices tienen la mayor resistencia. La piedra de canto rodado, la arena y la grava son rocas clásticas. Estos se pueden utilizar en la construcción sin un procesamiento especial. Por ejemplo, la arena se usa para preparar varias soluciones, así como en la construcción de capas subyacentes.

Las propiedades que caracterizan el trabajo del material en varios elementos de la estructura vial se denominan operativas. Determinan la durabilidad de la estructura de la carretera, es decir, su desempeño Sin el conocimiento de estas propiedades, es imposible construir y operar carreteras. En algunos casos, hay que prestar atención a las propiedades bioquímicas, de aislamiento térmico y decorativas.

La elección correcta de los materiales para la construcción y la decoración le permitirá obtener solo un resultado positivo del trabajo.

Se estudian las propiedades físicas de los materiales de construcción para resolver la cuestión práctica de dónde y cómo aplicarlos para obtener el mayor efecto técnico y económico.
Las propiedades físicas incluyen las características de peso del material, su densidad, permeabilidad a líquidos, gases, calor, radiación radiactiva, así como la capacidad del material para resistir la acción agresiva del entorno operativo externo. Este último caracteriza la durabilidad del material, que en última instancia determina la seguridad de las estructuras de construcción.

Bajo densidad real (kg / m³) entiende la masa por unidad de volumen de un material absolutamente denso: ρ= m1/V1, donde m1 es la masa del material, kg; V1 es el volumen de material en estado denso, m³.

Los valores de la densidad real de algunos materiales de construcción se dan en la tabla-1.

Tabla 1. Densidad real de algunos materiales de construcción.

Bajo densidad media (la densidad promedio también se llama simplemente densidad en muchas fuentes) ρ0=m1/V1, donde m1 es la masa del material, kg; V1-volumen de material, m³. La densidad promedio del mismo tipo de material puede ser diferente dependiendo de la porosidad y el vacío.

Los materiales a granel (arena, piedra triturada, cemento y otros) se caracterizan por la densidad aparente: la relación entre la masa de materiales granulares y en polvo y el volumen total que ocupan, incluido el espacio entre las partículas.Propiedades técnicas, como resistencia, conductividad térmica, dependen en gran medida de la densidad del material. Estos datos se utilizan para determinar el grosor de las estructuras de cerramiento de edificios con calefacción, el tamaño de las estructuras de los edificios, los cálculos de vehículos, equipos de manipulación, etc.

Los valores de la densidad media de los materiales de construcción se encuentran en un amplio rango (ver tabla-2).

Tabla 2. Densidad media de algunos materiales de construcción.

La densidad depende de la porosidad y el contenido de humedad del material. A medida que aumenta el contenido de humedad, aumenta la densidad del material. El índice de densidad también es característico para evaluar la eficiencia.

Porosidad (%) del material el grado de llenado de su volumen con poros se llama: П=(1-ρ0/ρ)100,

donde ρ0 es la densidad aparente del material, kg/m³; ρ-densidad del material absolutamente denso, kg/m³. Los poros son pequeñas células en un material lleno de aire o agua. Los poros están abiertos o cerrados, grandes o pequeños.Los pequeños poros llenos de aire dan propiedades de aislamiento térmico a los materiales de construcción. Por el valor de la porosidad, se pueden juzgar aproximadamente otras propiedades importantes del material: densidad, resistencia, absorción de agua, durabilidad, etc.

Para estructuras que requieren alta resistencia o resistencia al agua, se utilizan materiales densos, y para la construcción de muros, se utilizan materiales con porosidad significativa, que tienen buenas propiedades de aislamiento térmico. La porosidad abierta es igual a la relación del volumen total de todos los poros saturados con agua al volumen total del material: П0=[(m2-m1)/V] 1/ρ H2O

donde m1, m2 es la masa de la muestra en estado seco y saturado de agua. Los poros abiertos se comunican con el medio ambiente y pueden comunicarse entre sí, se llenan de agua cuando se sumergen en un baño de agua.El material generalmente tiene poros abiertos y cerrados. En los materiales fonoabsorbentes, la porosidad abierta y la perforación se crean especialmente para una mayor absorción de la energía del sonido.

La porosidad cerrada en términos de tamaño y distribución de poros se caracteriza por: a) una curva integral de distribución de volumen de poro a lo largo de sus radios por unidad de volumen (ver Figura-1) y b) una curva diferencial de distribución de volumen de poro a lo largo de sus radios (ver Figura-2, a). La porosidad, obtenida usando un porómetro de mercurio, le permite determinar el tamaño y el volumen de los poros de cada valor y evaluar su forma. El mercurio no humedece los poros de la mayoría de los materiales de construcción y penetra en ellos a presión elevada, que se deriva de la ecuación: Pd \u003d -4σcos θ, donde P es la presión aplicada, d-diámetro de poro; σ-tensión superficial del mercurio; θ es el ángulo de humectación del mercurio y el material de prueba.

Foto 1. Curvas integrales de la distribución de poros a lo largo de los radios (la línea de puntos muestra la curva de histéresis)

Se puede ver a partir de la ecuación que a presión cero, un líquido no humectante no penetrará en los poros. La Figura-2, b muestra la relación entre la presión y el diámetro del poro. La figura 1 muestra las curvas integrales de la distribución del tamaño de poro para cuatro materiales diferentes. El eje x muestra los radios de poro y el eje y muestra el volumen de poro de un tamaño dado (es igual al volumen de mercurio que penetró en la muestra).

La curva 1 es típica para materiales con un gran volumen de huecos grandes (más de 10 µm). La línea de puntos muestra la curva de histéresis. Curve-2 se obtuvo para un polvo con un gran volumen de huecos (4…6 µm) entre granos. La curva -3 es típica para un material con porosidad fina, y la curva 4 es para un material con una estructura homogénea y poros de 0,02 ... 0,04 μm. Curva de distribución diferencial del volumen de poro V por su tamaño (ver Figura-2, a)

Figura 2. a) Curva diferencial de la distribución de poros a lo largo de los radios. b) Gráfico de la relación entre la presión del mercurio (en el poroso) y el tamaño del poro.

dV/dr=fV(r), donde dV/dr es la pendiente de la tangente a la curva integral. El área bajo la curva diferencial (sombreada en la Figura-2, a) es igual al volumen de poro total por unidad de volumen del material. La superficie específica del espacio de poro se determina usando el radio de poro condicional promedio o por métodos de adsorción (por adsorción de vapor de agua, nitrógeno u otro gas inerte).

Área superficial específica (cm²/g) es proporcional a la masa de vapor de agua adsorbido (gas) necesaria para cubrir toda la superficie interna de los poros con una capa monomolecular (en 1 g por 1 g de material seco):

a \u003d a1 Na m1 / m2, donde a1 es la superficie cubierta por una molécula adsorbida, para una molécula de agua a1 \u003d 10.6 10 -16 cm²; Na-Número de Avogadro, Na \u003d 6.06 10 23; m1- masa y m2 -masa molecular del vapor de agua adsorbido (gas). Las propiedades de un material de construcción están determinadas por su composición, estructura y, sobre todo, por el valor y la naturaleza de la porosidad.

vacío - el número de huecos formados entre los granos de material vertido sueltamente (arena, piedra triturada, etc.) o presente en algunos productos, por ejemplo, en ladrillos huecos, paneles de hormigón armado. El vacío de arena y piedra triturada es 35 ... 45%, ladrillo hueco 15 ... 50%.

Propiedades hidrofísicas de los materiales de construcción.

La higroscopicidad es la propiedad de un material poroso por capilaridad de absorber vapor de agua del aire húmedo. La absorción de humedad del aire se debe a la adsorción polimolecular de vapor de agua en la superficie interna de los poros y la condensación capilar. Este proceso fisicoquímico se denomina sorción y es reversible. La madera, el aislamiento térmico, las paredes y otros materiales porosos tienen una superficie interna desarrollada de los poros y, por lo tanto, una alta capacidad de sorción.

Figura 3. Isoterma de adsorción (en p>pa, aumenta abruptamente debido a la condensación capilar)

Con un aumento en la presión del vapor de agua (es decir, con un aumento en la humedad relativa del aire a una temperatura constante), aumenta el contenido de humedad de sorción de un material dado (Fig. 3). Según la ecuación empírica de Freundlich, la cantidad de gas adsorbido a=ℜp 1/n, donde p es la presión del gas cuando se alcanza el equilibrio; ℜ y n son parámetros empíricos que son constantes para datos de gas y adsorbente a una temperatura determinada. En coordenadas logarítmicas, esta ecuación se expresa mediante un segmento de línea recta lga= lgℜ+ (1/n) lgp.
La curva que expresa la dependencia de la cantidad de gas adsorbido con la presión, después de la saturación de la superficie interna de los poros, tiende a una línea recta paralela al eje de abscisas (punto a en la Fig. 3).
Se produce un aumento adicional en el contenido de humedad higroscópica del material debido a la condensación capilar. En capilares estrechos de un material bien humedecido por el agua (madera, ladrillo, hormigón, etc.), el menisco siempre será cóncavo y la presión de vapor saturado por debajo será menor que por encima de una superficie plana. Como resultado, el vapor que no ha alcanzado la presión de saturación con respecto a una superficie plana puede sobresaturarse con respecto a la fase líquida en capilares delgados y condensarse en ellos.

Debido a los procesos de adsorción y condensación capilar del vapor de agua de la atmósfera, la humedad de los materiales de construcción porosos, incluso después de una larga exposición al aire, es bastante alta. Por lo tanto, el contenido de humedad de equilibrio de la madera seca al aire es del 12 al 18%, los materiales de pared del 5 al 7% en peso. La humidificación aumenta considerablemente la conductividad térmica del aislamiento térmico, por lo que buscan evitar la humedad cubriendo los paneles aislantes con una película impermeabilizante.

succión capilar El material poroso al agua se produce cuando parte de la estructura está en el agua. Entonces, el agua subterránea puede subir a través de los capilares y humedecer la parte inferior de la pared del edificio. Para evitar la humedad en la habitación, se dispone una capa de impermeabilización que separa la parte de cimentación de la estructura de la pared de su parte sobre el suelo.

La succión capilar se caracteriza por la altura del ascenso del agua en el material, la cantidad de agua absorbida y la intensidad de la succión.

La altura h de ascenso del líquido en el capilar está determinada por la fórmula de Jurin: h=2σ cosθ/(rρg), donde σ es la tensión superficial; θ-ángulo de contacto de humectación; r es el radio del capilar; ρ es la densidad del líquido; g es la aceleración de caída libre Los poros en el hormigón y otros materiales tienen una forma irregular y una sección transversal cambiante, por lo que la fórmula anterior solo es adecuada para una consideración cualitativa del fenómeno; la altura de succión del agua se determina utilizando el método de "átomos etiquetados", o cambiando la conductividad eléctrica del material.

El volumen de agua absorbido por el material por succión capilar durante el tiempo t, en la etapa inicial, obedece a una ley parabólica: V²=Kt, donde K es la constante de succión Una disminución en la intensidad de succión (es decir, el valor de K) refleja una mejora en la estructura del material (por ejemplo, hormigón) y un aumento en su resistencia a las heladas.

Absorción de agua los materiales porosos (hormigón, ladrillo, etc.) se determinan según el método estándar, manteniendo las muestras en agua. La temperatura del agua utilizada debe ser de 20 ± 2°C. La absorción de agua, determinada por la inmersión de muestras de material en agua, caracteriza principalmente la porosidad abierta, ya que el agua no penetra en los poros cerrados. Además, cuando las muestras se retiran del baño, el agua sale parcialmente de los poros grandes, por lo que la absorción de agua suele ser menor que la porosidad. Por ejemplo, la porosidad del hormigón ligero puede ser del 50 al 60 % y su absorción de agua es del 20 al 30 % en volumen. La absorción de agua está determinada por el volumen y la masa.

Absorción de agua por volumen W0 (%) - el grado de llenado del volumen del material con agua:

W0=((mb-mc)/Ve)100,

donde mb es la masa de la muestra de material saturada con agua, g; mc es la masa de la muestra en estado seco, g; Ve- volumen de material en su estado natural, m ³.
La absorción de agua en masa Wm(%) se determina en relación con la masa de materia seca: Wm=((mb-mc)/mc)100;

Dividiendo los miembros por W0/Wm, obtenemos (%) W0=Wm ϒ, y la masa volumétrica del material seco ϒ se expresa en relación con la densidad del agua (valor adimensional). La absorción de agua de varios materiales varía ampliamente: granito - 0.02 - 0.7%, concreto pesado y denso - 2 - 4%, ladrillo - 8 - 15%, materiales porosos aislantes del calor - 100% o más. La absorción de agua por peso de materiales altamente porosos puede ser mayor que la porosidad, pero la absorción de agua por volumen nunca puede exceder la porosidad.

La absorción de agua se utiliza para evaluar la estructura del material, utilizando para este propósito el coeficiente de saturación de poros con agua ℜn, igual a la relación de absorción de agua por volumen a porosidad: ℜn=W0/P. El coeficiente de saturación puede variar de 0 (todos los poros del material están cerrados) a 1 (todos los poros están abiertos), entonces W0=P.

Una disminución de ℜn (con la misma porosidad) indica una reducción de la porosidad abierta, que suele manifestarse en un aumento de la resistencia a las heladas.
La absorción de agua afecta negativamente las propiedades básicas del material: aumenta la densidad aparente, el material se hincha, aumenta su conductividad térmica y disminuye la resistencia y la resistencia a las heladas.

El coeficiente de ablandamiento ℜp es la relación entre la resistencia del material saturado con agua Rb y la resistencia del material seco Rc.

ℜp=Rb/Rc.

El coeficiente de ablandamiento caracteriza la resistencia al agua del material, varía de 0 (arcillas de remojo, etc.) a 1 (metales, etc.). Los materiales de piedra natural y artificial no se utilizan en la construcción de estructuras en agua si su coeficiente de reblandecimiento es inferior a 0,8.

permeabilidad al agua - esta es la propiedad del material para pasar agua bajo presión.. El coeficiente de filtración ℜf (m / h) caracteriza la permeabilidad al agua del material: ℜf-Vb a/, dónde ℜf=Vb- la cantidad de agua, m³, que atraviesa el muro de área S=1m², espesor a=1m durante el tiempo t=1h con una diferencia de presión hidrostática en los límites del muro ð1-ð2=1 m c.a. El coeficiente de filtración tiene la dimensión de la velocidad.

La impermeabilidad al agua de un material (hormigón) se caracteriza por una marca que indica la presión hidrostática unilateral (en kgf/cm2) a la que el cilindro de muestra de hormigón no pasa agua en condiciones de ensayo estándar. Existe una cierta relación entre el coeficiente de filtración y el grado de resistencia al agua: cuanto menor sea el coeficiente, mayor será el grado de resistencia al agua.

Luchan con la permeabilidad al agua en la construcción de estructuras hidráulicas, embalses, colectores y en la construcción de muros de sótanos. Se esfuerzan por utilizar materiales suficientemente densos con poros cerrados, disponer capas de impermeabilización, pantallas.

Retorno de humedad - la capacidad del material para liberar humedad. Los materiales, al estar en el aire, retienen su humedad solo bajo la condición de cierta humedad relativa del aire, llamada equilibrio. Si esta última está por debajo de esta humedad de equilibrio, entonces el material comienza a liberar humedad al ambiente (a secarse).

En segundo lugar, las propiedades del material en sí, la naturaleza de su porosidad y la naturaleza de la sustancia afectan la pérdida de humedad. Los materiales con poros grandes e hidrofóbicos liberan humedad más fácilmente que los materiales hidrofílicos y finamente porosos. En condiciones naturales, la pérdida de humedad de materiales de construcción se caracteriza por la intensidad de la pérdida de humedad a una humedad relativa del 60% y una temperatura de 20°C.

En condiciones naturales, el aire siempre contiene humedad, por lo tanto, el material húmedo no se seca completamente en estas condiciones, sino solo hasta un contenido de humedad llamado equilibrio. El estado del material en este caso es secado al aire. La madera en condiciones ambientales, donde la humedad relativa no supera el 60%, tiene un contenido de humedad de 8 ... 10%, las paredes exteriores de los edificios - 4 ... 6%. Con un cambio en la humedad relativa del aire, también cambia el contenido de humedad de los materiales (si estos últimos son hidrofílicos).

Resistencia del aire

La resistencia al aire es la capacidad de un material para resistir la humectación y el secado repetidos y sistemáticos durante mucho tiempo sin deformaciones significativas ni pérdida de resistencia mecánica. Los materiales se comportan de manera diferente en relación con la acción de la humedad variable: se hinchan cuando se humedecen, se encogen durante el secado posterior y, en ocasiones, se produce deformación del material.

La humectación y el secado sistemáticos provocan tensiones alternas en el material de las estructuras de construcción y, finalmente, conducen a su pérdida de capacidad de carga (destrucción). El concreto en tales condiciones es propenso a la destrucción, ya que cuando se seca, la piedra de cemento se contrae y el agregado prácticamente no reacciona.

Como resultado, surgen tensiones de tracción en la piedra de cemento, se contrae y se separa del agregado. La madera con un cambio de humedad está sujeta a deformaciones alternas. Es posible aumentar la resistencia al aire de los materiales mediante la introducción de aditivos hidrofóbicos que otorgan al material propiedades hidrofugantes.

Permeabilidad al gas y al vapor. Cuando ocurre una diferencia en la presión del gas cerca de las superficies de la cerca, se mueve a través de los poros y grietas del material. Dado que el material tiene macro y microporos, la transferencia de gas puede ocurrir simultáneamente por flujos viscosos y moleculares, que obedecen las leyes de Poiseuille y Knudsen, respectivamente.

El uso de la ley de Darcy-Poiseuille con caídas de presión pequeñas, cuando se puede despreciar el cambio en la densidad del gas, conduce a una fórmula simplificada para determinar la masa de gas Vρ (densidad ρ) que ha atravesado una pared de área S y espesor a en el tiempo t, con una diferencia de presión en las caras del muro Δp :

Vp=ℜgStΔp/a. A partir de aquí es posible determinar el coeficiente de permeabilidad a los gases [g/(m·h·Pa)]. ℜg= aVp/StΔp.

Al determinar el coeficiente de permeabilidad al gas, el volumen de gas que pasa se lleva a condiciones normales.

El material de la pared debe tener una cierta permeabilidad. Entonces la pared "respirará", es decir, se producirá ventilación natural a través de las paredes exteriores, lo cual es especialmente importante para edificios residenciales que no tienen aire acondicionado. Por lo tanto, las paredes de los edificios residenciales, hospitales, etc. no están acabadas con materiales que retengan el vapor de agua.

Por el contrario, las paredes y los revestimientos están húmedos. locales industriales debe protegerse desde el interior contra la entrada de vapor de agua. En invierno, en el interior de estancias cálidas (fábricas textiles, servicios públicos, establos, pocilgas, etc.), 1 m³ de aire contiene mucho más vapor de agua que en el exterior, por lo que el vapor tiende a atravesar la pared o el revestimiento.

Al entrar en la parte fría de la cerca, el vapor se condensa y aumenta considerablemente la humedad en estos lugares. Se crean condiciones que contribuyen a la rápida destrucción del material (hormigón ligero, ladrillo) de la estructura de cerramiento exterior bajo la acción de las heladas. Los materiales de barrera de vapor deben ubicarse en el lado de la cerca con el mayor contenido de vapor de agua en el aire.

En algunos casos, se requiere una impermeabilidad a los gases casi completa; esto se aplica a los tanques de almacenamiento de gas, así como a estructuras especiales, cuyo interior debe protegerse de la penetración de aire contaminado (por ejemplo, refugios de gas). La permeabilidad al vapor y al gas depende en gran medida de la estructura del material (masa aparente y porosidad) (Tabla 3).

Tabla- 3. Valores relativos de permeabilidad al vapor y al gas (la permeabilidad del ladrillo se toma como 1)

Deformaciones por humedad.

Los materiales inorgánicos y orgánicos porosos (hormigón, madera, etc.) cambian de volumen y dimensiones cuando cambia la humedad.

La contracción (contracción) es la reducción en el tamaño del material cuando se seca. Es causado por una disminución en el espesor de las capas de agua que rodean las partículas del material, y por la acción de fuerzas capilares internas que tienden a acercar las partículas del material.

La hinchazón (hinchazón) se produce cuando el material está saturado de agua. Las moléculas polares de agua, penetrando en los espacios entre las partículas o fibras que componen el material, las enclavaron, mientras que las capas de hidratación alrededor de las partículas se espesan, los meniscos internos desaparecen y con ellos las fuerzas capilares.

La alternancia de secado y humectación de un material poroso, que se encuentra a menudo en la práctica, va acompañada de deformaciones alternas de contracción e hinchamiento. Tales impactos cíclicos repetidos a menudo provocan la aparición de grietas, que aceleran la destrucción. En condiciones similares, hay hormigón en las superficies de las carreteras, en las partes exteriores de las estructuras hidráulicas.

Los materiales altamente porosos (madera, hormigón celular), capaces de absorber mucha agua, se caracterizan por una alta retracción:

Tabla-4. Valores de contracción de algunos materiales de construcción.

La contracción ocurre y aumenta cuando se elimina el agua del material, que se encuentra en las capas de hidrato de las partículas y en los poros pequeños. La evaporación del agua de los poros grandes no conduce a la convergencia de partículas materiales y prácticamente no provoca cambios volumétricos.

resistencia a las heladas - la propiedad de un material saturado de agua para resistir la congelación y descongelación alternadas sin signos de destrucción y una disminución significativa de la resistencia. Las observaciones sistemáticas han demostrado que muchos materiales en condiciones alternas de saturación con agua y congelación se destruyen gradualmente.

La destrucción se produce principalmente debido al hecho de que el agua que entra en los poros del material aumenta su volumen hasta en un 9 % al congelarse. La mayor expansión del agua en la transición al hielo se observa a una temperatura de -4°C. Una nueva disminución de la temperatura no provoca un aumento en el volumen de hielo. Cuando los poros se llenan de agua y se congela, las paredes de los poros comienzan a experimentar tensiones significativas y pueden colapsar.

La determinación del grado de resistencia a las heladas del material se realiza congelando muestras saturadas de agua a una temperatura de -15 a -17°C y su posterior descongelación. Se acepta una temperatura tan baja del experimento porque el agua en capilares delgados se congela solo a -10 °C. La resistencia a las heladas del material depende de la densidad y el grado de saturación de sus poros con agua. Los materiales densos son resistentes a las heladas.De los materiales porosos, solo aquellos que tienen los poros cerrados en su mayoría o el agua ocupa menos del 90% del volumen de los poros son resistentes a las heladas.

El material se considera resistente a las heladas si, después de un número determinado de ciclos de congelación y descongelación en un estado saturado de agua, su resistencia ha disminuido en no más del 15 % y la pérdida de masa como resultado del astillado no ha excedido 5%. Si las muestras después de la congelación no muestran signos de destrucción, el grado de resistencia a las heladas se determina mediante el coeficiente de resistencia a las heladas: ℜf=Rf/Rb, donde Rf es la resistencia a la compresión del material después de la prueba de resistencia a las heladas, Pa; Rb es la resistencia a la compresión del material saturado de agua, Pa; Para materiales resistentes a las heladas, ℜf no debe ser inferior a 0,75.

La resistencia a las heladas del material se cuantifica mediante la marca de resistencia a las heladas. Para la marca del material en cuanto a la resistencia a las heladas, se toma el mayor número de ciclos de congelación y descongelación alternados, que las muestras de material pueden soportar sin reducir la resistencia a la compresión en más del 15%; después de la prueba, las muestras no deben tener daños visibles: grietas, astillado (pérdida de masa: no más del 5%). La durabilidad de los materiales de construcción en estructuras expuestas a factores atmosféricos y agua depende de la resistencia a las heladas.

El grado de resistencia a las heladas lo establece el proyecto, teniendo en cuenta el tipo de estructura, sus condiciones de operación y el clima. Las condiciones climáticas se caracterizan por la temperatura media mensual del mes más frío y el número de ciclos de congelación y descongelación alternados según las observaciones meteorológicas a largo plazo. Los grados de resistencia a las heladas están determinados por el número de ciclos de resistencia de congelación y descongelación alternativas de un material en particular (resistencia a las heladas), por ejemplo, grados -F 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 y más.

El hormigón ligero, los ladrillos y las piedras cerámicas para las paredes exteriores de los edificios suelen tener una resistencia a las heladas de Mrz 15, Mrz 25, Mrz 35. Sin embargo, el hormigón utilizado en la construcción de puentes y carreteras debe tener un grado de Mrz 50, Mrz 100 y Mrz 200 y hormigón hidráulico - hasta Mrz 500.

Consideremos las razones de la destrucción de un material poroso bajo la influencia de la acción combinada del agua y la escarcha sobre él. Por ejemplo, tomemos el material que está en la envolvente del edificio. En otoño, la parte exterior de la pared se congela. En este momento se produce la migración (movimiento) del vapor “de calor a frío”, es decir, el vapor tiende hacia el exterior, ya que su presión a temperatura negativa es menor que a temperatura positiva.

Figura 4. Distribución de temperatura en pared exterior edificio (a) y llenando el poro con agua (b) aislado cerca de la cara de la fachada

1-agua adsorbida; boca de 2 poros; 3- agua de lluvia; 4- condensado

Por ejemplo, la presión de vapor a +20 °C es de 2,33 kPa y a -10 °C es de sólo 0,27 kPa. En un esfuerzo por salir al exterior, el vapor de agua ingresa a la zona de baja temperatura y se condensa en los poros cerca del borde exterior de la pared. Por lo tanto, los poros de la parte exterior de congelación de la pared se riegan (Fig. 4), y el agua llega aquí tanto desde el exterior (lluvia con viento) como desde el interior (migración de vapor de agua).

Con la aparición de heladas incluso leves (de -5 a -8 ° C), el agua en los poros grandes se congela y, cuando se convierte en hielo, aumenta de volumen en un 9% (densidad del hielo 0,918). Si el coeficiente de saturación de agua de al menos algunos de los poros se aproxima a 1, entonces surgirán grandes tensiones de tracción en las paredes de los poros. La destrucción generalmente comienza en forma de "peladura" de la superficie de concreto, luego se extiende en profundidad.

La exposición del hormigón a congelaciones y descongelaciones alternas es similar a la exposición repetida a cargas de tracción repetidas, que causan fatiga del material.

La prueba de resistencia a las heladas del material en el laboratorio se realiza en muestras de la forma y tamaño establecidos (cubos de hormigón, ladrillos, etc.). Las muestras se saturan con agua antes de la prueba. Después de eso, las muestras saturadas de agua se congelan en un refrigerador entre -15 y -20 °C para congelar el agua en los poros finos. Las muestras extraídas de la cámara de frío se descongelan en agua a una temperatura de 15 - 20°C, lo que asegura el estado de saturación de agua de las muestras.

También existe un método de prueba acelerado, según el cual las muestras se sumergen en una solución saturada de sulfato de sodio y luego se secan a una temperatura de 100 ... 110 ° C. Los cristales de sulfato decahidratado formados en este caso en los poros de la piedra (con un aumento significativo de volumen) presionan las paredes de los poros incluso más que el agua durante la congelación. Esta prueba es particularmente dura. Un ciclo de prueba en una solución de sulfato de sodio equivale a 5 ... 10 e incluso 20 ciclos de pruebas de congelación directa.

Figura 5. Curva de cambio en la resistencia del concreto durante congelamiento y descongelamiento alternado

Para evaluar la resistencia a las heladas, se utilizan cada vez más los métodos de control físico y, sobre todo, el método de ultrasonidos pulsados, con su ayuda se puede rastrear el cambio en la resistencia o el módulo de elasticidad del hormigón en el proceso de congelación cíclica (Fig. 5) y determinar la marca de hormigón por resistencia a las heladas en ciclos de congelación y descongelación, cuyo número corresponde a la reducción permisible de resistencia (ΔR) o módulo de elasticidad (ΔE).

Propiedades térmicas de los materiales de construcción.

La conductividad térmica es la propiedad de un material para transferir calor de una superficie a otra. Esta propiedad es la principal para grupo grande materiales aislantes del calor, y para materiales utilizados para el dispositivo de paredes exteriores y revestimientos de edificios.

Figura-6. Dependencia de la conductividad térmica de los materiales inorgánicos en la densidad aparente

1-materiales secos; 2 y 3 - materiales secados al aire con diferente humedad; 4-materiales saturados de agua.

El flujo de calor pasa a través del "armazón" sólido y las celdas de aire del material poroso. La conductividad térmica del aire [λ = 0,023 W / (m ° C)] es menor que la de la sustancia sólida que forma el "armazón" del material de construcción. Por lo tanto, aumentar la porosidad del material es la principal forma de reducir la conductividad térmica. Se esfuerzan por crear pequeños poros cerrados en el material para reducir la cantidad de calor transferido por convección y radiación.

En la práctica, es conveniente juzgar la conductividad térmica por la masa volumétrica del material (Fig. 6). Se conoce la fórmula de V.P. Nekrasov, que relaciona la conductividad térmica λ [W/(m °C)] con la masa volumétrica del material pétreo λ sobre, expresada en relación al agua: λ = 1,16√ (0,0196 + 0,22ϒ²ob- 0,16 ). El valor exacto de λ se determina experimentalmente para un material dado.

La humedad que ingresa a los poros del material aumenta su conductividad térmica, ya que la conductividad térmica del agua (0.58 W / (m ° C) es 25 veces mayor que la conductividad térmica del aire.
La congelación del agua en los poros con la formación de hielo aumenta λ aún más, ya que el coeficiente de conductividad térmica de la escarcha es 0,1 y el hielo es 2,3 W / (m ° C), es decir, 4 veces más que el agua. Con el aumento de la temperatura, la conductividad térmica de la mayoría de los materiales aumenta y solo unos pocos (metales, refractarios de magnesita) la reducen.

Capacidad calorífica

La capacidad calorífica se caracteriza por la capacidad calorífica específica, s [J / (kg ° C)], que está determinada por la cantidad de calor que se debe impartir a 1 kg de un material dado para aumentar su temperatura en 1 ° C.

c=Q/, donde Q es la cantidad de calor gastado en calentar el material de t1 a t2, J; m es la masa del material, kg.

La capacidad calorífica de los materiales de construcción inorgánicos (hormigón, ladrillo, materiales de piedra natural) varía de 0,75 a 0,92 kJ/(kg °C). La capacidad calorífica de los materiales orgánicos secos (por ejemplo, madera) es de aproximadamente 0,7 kJ / (kg ° C), el agua tiene la capacidad calorífica más alta: 1 kJ / (kg ° C), por lo tanto, con un aumento en el contenido de humedad de materiales, su capacidad calorfica aumenta. Los indicadores de capacidad calorífica de diferentes materiales son necesarios para los cálculos de ingeniería térmica. La capacidad calorífica del material es importante en los casos en que es necesario tener en cuenta la acumulación de calor, por ejemplo, al calcular la resistencia al calor de las paredes y los pisos de los edificios con calefacción, para mantener la temperatura en la habitación sin fuertes fluctuaciones cuando cambia el régimen térmico, al calcular el calentamiento del material para trabajos de hormigón en invierno, al calcular hornos y otras estructuras.

resistente al fuego - la propiedad del material para soportar una exposición prolongada a altas temperaturas (a partir de 1580 °C), sin ablandarse ni deformarse. Los materiales refractarios se utilizan para el revestimiento interno de hornos industriales.

Los materiales refractarios se ablandan a temperaturas superiores a 1350°C.

Resistencia al fuego - la propiedad de un material para resistir la acción del fuego durante un incendio durante un tiempo determinado. Depende de la combustibilidad del material, es decir, de su capacidad para encenderse y arder.

Los materiales ignífugos son el hormigón, el ladrillo, el acero, etc. Sin embargo, hay que tener en cuenta que algunos materiales ignífugos se agrietan (granito) o se deforman fuertemente (metales) durante un incendio a temperaturas a partir de los 600 °C. Por lo tanto, las estructuras hechas de dichos materiales a menudo deben protegerse con materiales más resistentes al fuego.

Los materiales de combustión lenta arden bajo la influencia del fuego o las altas temperaturas, pero después de que el fuego se detiene, se detiene su combustión y combustión lenta (hormigón asfáltico, madera impregnada con retardadores de fuego, tableros de fibra, algo de espuma plástica).

Los materiales orgánicos combustibles que queman llamas abiertas deben protegerse contra la ignición. Medidas constructivas ampliamente utilizadas que excluyen el impacto directo del fuego sobre el material en un incendio. Aplicar sustancias protectoras - retardantes de llama.

El coeficiente de dilatación térmica lineal del hormigón y el acero es 10·10 -6 °С -1, granito - 10·10 -6 °С -1, madera - 20·10 -6 °С -1. Con un cambio estacional en la temperatura del medio ambiente y el material de 50 ° C, la deformación relativa de la temperatura alcanza 0,5-10 -3 o 1 10 -3, es decir, 0,5 - 1 mm / m. Para evitar grietas, las estructuras largas se cortan con juntas de expansión.

resistente al fuego - la capacidad del material para soportar altas temperaturas sin pérdida de capacidad portante (gran reducción de la resistencia y deformaciones significativas).
Esta propiedad es importante en los incendios, y dado que en el proceso de extinción de incendios se utiliza agua, a la hora de evaluar el grado de resistencia al fuego de un material, se combina la acción de la alta temperatura con la acción del agua.
Los materiales de construcción según la resistencia al fuego se dividen en ignífugos, de combustión lenta y combustibles. Los materiales ignífugos bajo la influencia de altas temperaturas o fuego no arden ni se carbonizan (materiales inorgánicos naturales y artificiales, metales). Sin embargo, algunos de estos materiales no se agrietan ni se deforman bajo la influencia de altas temperaturas, por ejemplo, los ladrillos cerámicos, mientras que otros, en particular el acero, están sujetos a deformaciones significativas. Por lo tanto, las estructuras de acero no pueden clasificarse como resistentes al fuego. Los materiales de combustión lenta bajo la influencia del fuego o de altas temperaturas se carbonizan, arden sin llama o apenas se inflaman, pero continúan ardiendo o ardiendo sin llama solo en presencia del fuego (madera impregnada con retardadores de llama). Los materiales combustibles se queman y arden sin llama cuando se exponen al fuego oa altas temperaturas y continúan ardiendo después de que se apaga el fuego (todos los materiales orgánicos que no han sido impregnados con retardadores de llama).

Resistencia termica El material se caracteriza por su capacidad para soportar un cierto número de ciclos de cambios térmicos bruscos sin destruirse. La resistencia térmica depende del grado de homogeneidad del material, el coeficiente de temperatura de expansión de sus partes constituyentes. Cuanto menor sea el coeficiente de expansión térmica, mayor será la resistencia térmica del material. Los materiales térmicamente inestables incluyen vidrio, granito.
Resistencia a la radiación - la propiedad de un material para conservar su estructura y características físicas y mecánicas después de la exposición a la radiación ionizante El desarrollo de la energía nuclear y el uso generalizado de fuentes de radiación ionizante en varios sectores de la economía nacional hacen necesario evaluar la resistencia a la radiación y propiedades protectoras de los materiales.

Los niveles de radiación alrededor de las fuentes modernas de radiación ionizante son tan altos que puede ocurrir un cambio profundo en la estructura del material. El flujo de radiación radiactiva cuando se encuentra con estructuras hechas de este material puede ser absorbido en mayor o menor grado dependiendo del espesor de la cerca, el tipo de radiación y la naturaleza de la sustancia de blindaje.

Para protegerse contra un flujo de neutrones, se utilizan materiales que contienen una gran cantidad de agua ligada; de la radiación y - materiales con una alta densidad (plomo, especialmente hormigón pesado). El agua ligada está contenida en el hormigón hidratado, el mineral de limonita (óxido de hierro hidratado), etc. La intensidad de la penetración de la radiación de neutrones a través del hormigón se puede reducir mediante la introducción de aditivos especiales (boro, cadmio, litio).

Resistencia química - la capacidad del material para resistir los efectos de ácidos, álcalis, soluciones de sales y gases.
Las más expuestas a líquidos y gases agresivos son las instalaciones sanitarias, las tuberías de alcantarillado, los edificios ganaderos, las estructuras hidráulicas (ubicadas en el agua de mar, que tiene una gran cantidad de sales disueltas).

No es capaz de resistir la acción de incluso ácidos débiles carbonato materiales de piedra natural - piedra caliza, mármol y dolomita; el betún no es resistente a la acción de soluciones concentradas de álcalis. Los materiales más resistentes con respecto a la acción de los ácidos y los álcalis son los materiales y productos cerámicos, así como muchos productos a base de plásticos.

Durabilidad - la capacidad del material para resistir la acción compleja de factores atmosféricos y de otro tipo en condiciones de funcionamiento. Dichos factores pueden ser: un cambio en la temperatura y la humedad, la acción de varios gases en el aire o soluciones de sales en el agua, el efecto combinado del agua y las heladas, la luz solar.

En este caso, la pérdida de propiedades mecánicas del material puede ocurrir como resultado de una violación de la continuidad de la estructura (formación de grietas), reacciones de intercambio con sustancias del entorno externo y también
como resultado de cambios en los estados de la materia (cambios en la red cristalina, recristalización, transición de amorfo
a un estado cristalino). El proceso de cambio gradual (deterioro) en las propiedades de los materiales bajo condiciones de operación a veces se denomina envejecimiento.
La durabilidad y la resistencia química de los materiales están directamente relacionadas con el costo de operación de edificios y estructuras. Aumentar la durabilidad y la resistencia química de los materiales de construcción es la tarea más urgente en términos técnicos y económicos.

PRINCIPALES PROPIEDADES DE LOS MATERIALES: FÍSICOS, MECÁNICOS, QUÍMICOS

Propiedades físicas

Estas propiedades caracterizan su estructura o relación con los procesos físicos del medio ambiente. Estos incluyen masa, densidad real y promedio, porosidad, absorción y pérdida de agua, humedad, higroscopicidad, permeabilidad al agua, resistencia a las heladas, permeabilidad al aire, al gas y al vapor, conductividad térmica y capacidad calorífica, resistencia al fuego y resistencia al fuego.

Pesoes un conjunto de partículas materiales (átomos, moléculas, iones) contenidas en un cuerpo dado. La masa tiene cierto volumen, es decir ocupa parte del espacio. Es constante para una sustancia dada y no depende de la velocidad de su movimiento y posición en el espacio. Los cuerpos del mismo volumen, formados por diferentes sustancias, tienen una masa desigual. Para caracterizar diferencias en la masa de sustancias que tienen el mismo volumen, se ha introducido el concepto de densidad. Este último se subdivide en verdadero y promedio.

Densidad verdadera- la relación entre la masa y el volumen del material en un estado absolutamente denso, es decir sin poros y huecos. Para determinar la densidad real r (kg/m 3, g/cm 3), es necesario dividir la masa del material (muestra) m (kg, g) por el volumen absoluto V (m 3, cm 3) ocupado por el propio material (sin poros):

A menudo, la densidad real de un material está relacionada con la densidad real del agua a 4 sobre C, que es igual a 1g/cm 3, entonces la densidad verdadera determinada se convierte, por así decirlo, en una cantidad adimensional.

Sin embargo, la mayoría de los materiales tienen poros, por lo que su densidad media siempre es inferior a la densidad real:

MaterialDensidad, kg/m 3True Middley 7850-79007800-7850 Ghostly2700-28002600-2700 Rozh (dense) 2400-26001800-2400PESOK2500-26001450-1700-cement3000-3100900-1300-ceramic brick2600-2700-1900-2600-29001500-12200SNA1500-12200POLASNA

Sólo para materiales densos (acero, vidrio, betún y algunos otros) las densidades verdadera y media son iguales, porque su volumen de poro interno es muy pequeño.

Densidad media- esta es una cantidad física determinada por la relación entre la masa de una muestra de material y el volumen total que ocupa, incluidos los poros y vacíos presentes en ella. Densidad media r (kg/m 3, g/cm 3) se calcula mediante la fórmula:

r = metro / v,

donde m es la masa del material en su estado natural; V es el volumen del material en su estado natural.

La densidad promedio no es un valor constante, varía según la porosidad del material. Por ejemplo, se pueden obtener materiales artificiales con diferente porosidad (el hormigón pesado tiene una densidad de hasta 2900 kg/m 3, y ligero - hasta 1800 kg / m 3). La densidad se ve afectada por el contenido de humedad del material.

Para los materiales a granel, una característica importante es la densidad aparente, que incluye no solo la porosidad del material en sí, sino también los huecos entre los granos o piezas del material.

Porosidadmaterial es el grado de llenarlo con poros. La porosidad complementa la densidad al 1 o al 100%. Porosidad de diversos materiales:

· vidrio, metal 0%;

· hormigón pesado 5 - 10%;

· ladrillo 25 - 35%;

· hormigón aireado 55 - 85%;

· espuma de poliestireno 95%,

aquellos. fluctúa ampliamente.

Las propiedades del material también están influenciadas por el tamaño de los poros y su naturaleza (pequeños o grandes, cerrados o comunicantes).

La densidad y la porosidad afectan directamente características de los materiales como la absorción de agua, la permeabilidad al agua, la resistencia a las heladas, la resistencia, la conductividad térmica, etc.

Absorción de agua- la capacidad del material para absorber agua y retenerla. El valor de la absorción de agua está determinado por la diferencia en la masa de la muestra en un estado saturado con agua y en un estado completamente seco. Distinga entre absorción volumétrica de agua, cuando la diferencia está relacionada con el volumen de la muestra y absorción de agua en masa, cuando la diferencia está relacionada con la masa de la muestra seca. Absorción de agua en masa para algunos materiales:

· granito 0,5 - 0,8%

· hormigón pesado 2 - 3%

· ladrillo cerámico 8 - 20%

· materiales termoaislantes porosos, por ejemplo, tableros de turba >100 %.

La saturación de los materiales con agua afecta negativamente a sus propiedades básicas: aumenta la densidad y la conductividad térmica y reduce la resistencia.

Humedad- contenido de humedad, referido a la masa del material en estado seco. El contenido de humedad de un material depende tanto de las propiedades de absorción de humedad del propio material como del entorno en el que se encuentra el material.

Retorno de humedad- la propiedad del material de dar humedad a la atmósfera circundante. Se determina por la cantidad de agua (en porcentaje por masa o volumen de una muestra estándar) perdida por el material por día a una humedad ambiental del 60% y una temperatura de 20 0C. El agua se evapora hasta que se establece un equilibrio entre el contenido de humedad del material y la humedad del aire circundante.

higroscopicidad- la propiedad de los materiales para absorber una cierta cantidad de agua con el aumento de la humedad del aire circundante. Esta propiedad es típica, por ejemplo, para la madera; para evitar esto, se utilizan recubrimientos protectores.

permeabilidad al agua- la propiedad del material para pasar agua bajo presión. Se caracteriza por la cantidad de agua que pasó en 1 hora después de 1 cm 2área del material bajo prueba a presión constante. Los materiales especialmente densos (acero, vidrio, betún) y los materiales densos con poros cerrados (por ejemplo, hormigón de una composición especialmente seleccionada) son impermeables.

resistencia a las heladas- la propiedad de un material saturado de agua para resistir la congelación y descongelación repetidas sin signos de destrucción y una disminución significativa de la resistencia.

Cuando el agua se congela, aumenta su volumen en un 9 %, y si llena completamente los poros, el hielo destruirá las paredes de los poros, pero generalmente los poros no se llenan por completo, por lo que la destrucción puede ocurrir durante la congelación y descongelación repetidas.

Los materiales densos que no tienen poros, o los materiales con una ligera porosidad abierta, cuya absorción de agua no supera el 0,5%, tienen una alta resistencia a las heladas. La resistencia a las heladas es de gran importancia para los materiales de paredes, cimientos y techos que están sistemáticamente sujetos a congelación y descongelación alterna.

Los materiales para la resistencia a las heladas se prueban en congeladores. Las muestras saturadas con agua se enfrían a una temperatura de - 15-17 0C y, después de lo cual, se descongelan a una temperatura de +20 0C. El material se considera resistente a las heladas si, después de un número determinado de ciclos, la pérdida de peso de las muestras como resultado del astillado y la delaminación no supera el 5 %, y la resistencia disminuye en no más del 25 %. De acuerdo con el número de ciclos de resistencia a la congelación y descongelación (grado de resistencia a las heladas), los materiales se dividen en grados M mrz 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 y más.

Si las muestras durante el proceso de prueba no tienen signos de destrucción, el grado de resistencia a las heladas se establece determinando el coeficiente de resistencia a las heladas:

A mrz = R mrz /R a nosotros ,

donde R mrz - resistencia a la compresión del material después del ensayo de resistencia a las heladas, MPa; R a nosotros - resistencia a la compresión del material saturado con agua, MPa. Para materiales resistentes a las heladas K mrz debe ser al menos 0,75.

Permeabilidad al vapor y al gas- la propiedad de un material de atravesar su espesor bajo presión de vapor de agua o gases, incluido el aire. Todos los materiales porosos en presencia de poros abiertos son capaces de dejar pasar vapor o gas.

La permeabilidad al vapor y al gas se caracteriza por un coeficiente, que se determina por la cantidad de vapor o gas en litros que pasa a través de una capa de material de 1 m de espesor y 1 m2 de área. 2dentro de una hora a una diferencia de presiones parciales en paredes opuestas de 133.3 Pa.

Conductividad térmica- la propiedad de un material para transferir calor a través del espesor en presencia de una diferencia de temperatura en las superficies que limitan el material. la conductividad térmica del material se estima por la cantidad de calor que pasa a través de la pared del material probado con un espesor de 1 m, un área de 1 m 2durante 1 hora a una diferencia de temperatura de las superficies opuestas de la pared 1 0C. La conductividad térmica se mide en W/(m·K).

La conductividad térmica de un material depende de muchos factores: la naturaleza del material, su estructura, porosidad, humedad y la temperatura promedio a la que se transfiere el calor. Un material cristalino es generalmente más térmicamente conductor que un material amorfo. Si el material tiene una estructura en capas o fibrosa, entonces su conductividad térmica depende de la dirección del flujo de calor con respecto a las fibras, por ejemplo, la conductividad térmica de la madera a lo largo de las fibras es el doble que a lo largo de las fibras.

Los materiales finamente porosos son menos conductores térmicos que los materiales porosos grandes, incluso si su porosidad es la misma. Los materiales de celda cerrada tienen una conductividad térmica más baja que los materiales de celda comunicante.

La conductividad térmica de un material homogéneo depende del valor de su densidad media. Entonces, con una disminución en la densidad del material, la conductividad térmica disminuye y viceversa.

La conductividad térmica del material se ve significativamente afectada por su humedad: los materiales húmedos son más termoconductores que los secos, ya que la conductividad térmica del agua es 25 veces mayor que la conductividad térmica del aire.

A medida que aumenta la temperatura, aumenta la conductividad térmica.

Capacidad calorífica- la propiedad de un material de absorber una cierta cantidad de calor cuando se calienta y liberarlo cuando se enfría. El indicador de la capacidad calorífica es la capacidad calorífica específica, igual a la cantidad de calor (J) necesaria para calentar 1 kg de material por 1 0DE.

Capacidad calorífica específica, KJ/(kg 0DE):

· materiales de piedra artificial 0,75 - 0,92;

· madera 2,4 - 2,7;

· acero 0,48;

· agua 4.187.

La capacidad calorífica se tiene en cuenta al calcular la resistencia al calor de las paredes y techos de los edificios con calefacción, así como al calcular los hornos.

resistente al fuego- la capacidad del material para resistir la acción de altas temperaturas y agua en condiciones de incendio. Según el grado de resistencia al fuego, los materiales se dividen en: ignífugos, difícilmente combustibles y combustibles.

Los materiales ignífugos bajo la influencia del fuego o de altas temperaturas no se encienden, no arden ni se carbonizan (acero, hormigón, ladrillo).

Los materiales difíciles de quemar bajo la acción del fuego se encienden con dificultad, arden sin llama o se carbonizan, pero después de que se elimina la fuente de fuego, cesan su combustión y su combustión lenta (material de cemento de madera fibrolita, hormigón asfáltico, algunos tipos de materiales poliméricos).

Los materiales combustibles se encienden bajo la influencia del fuego o las altas temperaturas y continúan ardiendo después de que se elimina la fuente del fuego (madera, fieltro, fieltro para techos, material para techos).

resistente al fuego- la propiedad de un material para soportar una exposición prolongada a altas temperaturas sin fundirse ni deformarse. Según el grado de refractariedad, los materiales se dividen en refractarios (durante mucho tiempo soportan temperaturas superiores a 1580 0C), refractario (1350 - 1580 0C) y fusible, ablandamiento a temperaturas inferiores a 1350 0C (también incluyen ladrillos de arcilla ordinarios).

Propiedades mecánicas

Caracterizan la capacidad de un material para resistir los efectos destructivos o deformantes de fuerzas externas.

Fuerza- la propiedad de un material para resistir la destrucción bajo la acción de tensiones internas que surgen de cargas externas. La resistencia es la principal propiedad de la mayoría de los materiales utilizados en la industria minera, su valor determina la magnitud de la carga que puede soportar un determinado elemento para una determinada sección.

Los materiales, dependiendo de su origen y estructura, resisten diferentes esfuerzos de diferentes maneras. Los materiales de origen mineral (piedras naturales, ladrillo, hormigón, etc.) resisten bien a la compresión, son mucho peores a cortante y peor aún a tracción. Otros materiales (metal, madera) funcionan bien en compresión, flexión y tensión, por lo que se utilizan mucho más a menudo en estructuras de flexión.

La resistencia del material se caracteriza por la resistencia a la tracción (en compresión, flexión y tracción). Resistencia a la tracción- tensión correspondiente a la carga a la que se produce la destrucción de la muestra de material. Resistencia máxima a la compresión y a la tracción R rast , MPa, calculado por la fórmula

szh (R rast ) = P/F,

donde P - carga de rotura, N; F - área de la sección transversal de la muestra, mm 2.

Resistencia a la flexión R izg :

.con una carga concentrada y una viga de muestra de sección rectangular

R izg = 3Pl / 2bh 2;

.con dos cargas iguales ubicadas simétricamente al eje de la viga

R izg = P(l - a) / bh 2,

donde l - luz entre soportes, mm; a - distancia entre cargas, mm; b y h - ancho y alto de la sección transversal de la viga, mm.

La resistencia a la tracción del material se determina empíricamente, ensayando muestras especialmente fabricadas en el laboratorio en prensas hidráulicas o máquinas de tracción. Para probar materiales para compresión, las muestras se hacen en forma de cubo o cilindro, para tensión, en forma de varillas redondas o tiras, y para flexión, en forma de vigas. La forma y dimensiones de las muestras deben cumplir estrictamente con los requisitos de GOST o especificaciones técnicas para cada tipo de material.

Límites de resistencia de algunos materiales, MPa

estiramiento de flexión de compresiónGranito150 - 2503 - 5Hormigón pesado10 - 502 - 81 - 4Ladrillo cerámico7.5 - 301.8 - 4.4Acero210 - 600380 - 900Madera30 - 6570 - 12055 - 150Fibra de vidrio90 - 150130 - 25060 - 120

La resistencia de los materiales utilizados en la industria de la construcción suele caracterizarse por un grado que corresponde en magnitud a la resistencia a la compresión obtenida al ensayar especímenes de una forma y tamaño dados. Por ejemplo, para materiales pétreos se establecen los siguientes grados: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000. Materiales con La resistencia a la tracción a la compresión, por ejemplo, de 20 a 29,9 MPa se refiere al grado 200.

Elasticidad- la propiedad del material de deformarse bajo carga y de tomar la forma y dimensiones originales después de retirar la carga. El esfuerzo más alto al que el material tiene elasticidad se llama límite elástico. La elasticidad es en la mayoría de los casos una propiedad positiva de los materiales.

El plastico- la capacidad de un material para cambiar su forma y dimensiones bajo la acción de una carga sin la formación de huecos y grietas y para retener la forma y dimensiones cambiadas después de que se retira la carga. Esta propiedad es opuesta a la elasticidad.

fragilidad- la propiedad del material de colapsar instantáneamente bajo la acción de fuerzas externas sin deformación preliminar. Los frágiles son piedras naturales, materiales cerámicos, vidrio, hierro fundido, hormigón, etc.

Resistencia al impacto- la propiedad de un material para resistir la fractura bajo cargas de impacto. Este tipo de carga se da, por ejemplo, en búnkeres. Los materiales quebradizos no suelen resistir bien las cargas de impacto.

Dureza- la propiedad de un material para resistir la penetración en él de otro material, más sólido. La dureza del material afecta la complejidad de su procesamiento.

Hay varias formas de determinar la dureza de los materiales. La dureza de la madera, el hormigón y el acero se determina presionando una bola de acero en las muestras (método de dureza Brinell), una pirámide de diamante (según Vickers) o ambas (según Rockwell). El valor de la dureza se juzga por la profundidad de la muesca de la bola, el diámetro de la impresión resultante o la relación entre la carga y el área superficial de la impresión esférica resultante.

La dureza de los materiales de piedra natural se determina según la escala de dureza (método de Mohs), en la que diez minerales especialmente seleccionados se disponen en una secuencia tal que el siguiente mineral deja una línea (rasguño) sobre el anterior, pero no dibuja :

.Talco o tiza.

.Sal de roca o yeso.

.Calcita o anhídrido.

.espato flúor

.Apatito.

.Ortoclasa (feldespato).

.Cuarzo.

.Topacio.

.Corundo.

.Diamante.

Por ejemplo, si el material de prueba se estira con apatito y deja una línea (rasguño) en el espato flúor, entonces su dureza es 4.5.

Abrasión- la propiedad de un material de cambiar de volumen y masa bajo la influencia de fuerzas abrasivas. La posibilidad de utilizar el material para la instalación de cubiertas, revestimiento de búnkeres, cuerpos ejecutivos de máquinas de carga depende de la abrasión. La abrasión de los materiales se determina en laboratorios en máquinas especiales: círculos de abrasión.

úsese y tíresellamado la destrucción del material bajo la acción combinada de abrasión e impacto. Un efecto similar sobre el material ocurre durante la operación de los búnkeres. Los materiales se someten a pruebas de desgaste en tambores giratorios especiales.

Propiedades químicas

Las propiedades químicas caracterizan la capacidad de un material para sufrir transformaciones químicas bajo la influencia de sustancias con las que está en contacto. Las propiedades químicas de los materiales son muy diversas, siendo las principales la resistencia química y la corrosión.

Resistencia química- la capacidad de los materiales para resistir el efecto destructivo de los álcalis, ácidos, sales y gases disueltos en agua.

Resistencia a la corrosión- la propiedad de los materiales para resistir los efectos corrosivos del medio ambiente.

Muchos materiales utilizados en la industria de la construcción no tienen estas propiedades. Por lo tanto, casi todos los cementos resisten mal la acción de los ácidos, la madera no es resistente tanto a los ácidos como a los álcalis, casi todos los productos metálicos están sujetos a corrosión en un grado u otro. Los materiales hechos de plástico o fibra de vidrio son más resistentes a los ácidos y álcalis.

METALES EN LA CONSTRUCCIÓN

Los metales y su clasificación.

Los metales son ampliamente utilizados en todos los sectores de la economía nacional. Esto se ve facilitado por una serie de valiosas propiedades técnicas de los metales que los distinguen favorablemente de otros materiales: alta resistencia y plasticidad del tratamiento a presión (laminado, estampado, etc.). Junto con esto, los metales también tienen importantes inconvenientes: tienen una alta densidad, bajo la acción de varios gases y la humedad se corroen fuertemente y, a altas temperaturas, se deforman significativamente.

Los metales se dividen en dos grupos principales: ferrosos y no ferrosos.

metales negrosson una aleación de hierro y carbono. Además, pueden contener más o menos otros elementos químicos (silicio, manganeso, azufre, fósforo). Para dar propiedades específicas a los metales ferrosos, se introducen en su composición aditivos de mejora o de aleación (níquel, cromo, cobre, etc.). Los metales ferrosos, dependiendo del contenido de carbono, se dividen en fundiciones y aceros.

Hierro fundido- aleación de hierro-carbono con un contenido de carbono de 2-4,3%. Según la finalidad, existen fundiciones, conversiones y fundiciones especiales. El hierro fundido se utiliza para fundir varios productos, incluidas piezas de construcción. Los arrabios se utilizan en la producción de acero, mientras que los hierros especiales se utilizan como aditivos en la producción de acero y fundiciones de hierro para fines especiales. La presencia en el hierro fundido de manganeso, silicio, fósforo, así como aditivos de aleación (níquel, cromo, magnesio, etc.) le confiere altas propiedades mecánicas y proporciona una alta resistencia al calor y resistencia a la corrosión. Los hierros fundidos con adiciones de níquel, cromo, magnesio y otros elementos se denominan aleados. Las fundiciones dúctiles se obtienen modificando el hierro líquido con aditivos de Si, Ca, etc.

Acero- aleación de hierro-carbono maleable con un contenido de carbono de hasta el 2%. Los aceros, según el método de producción, se dividen en: aceros de hogar abierto, convertidores y eléctricos. Según la composición química, dependiendo de los elementos químicos incluidos en la aleación, los aceros son al carbono y aleados. Los aceros al carbono incluyen aleaciones de hierro con carbono e impurezas de manganeso, silicio, azufre y fósforo. El acero al carbono obtenido de diversas formas, según la naturaleza de la solidificación, se suele dividir en: tranquilo, semi-silencioso y en ebullición. Se denominan aceros aleados, que incluyen aditivos de aleación (níquel, cromo, tungsteno, molibdeno, cobre, aluminio, etc.). Dependiendo del aditivo de aleación introducido, el acero se denomina cromo-manganeso, manganeso-níquel-cobre, etc. Además, según el contenido total de aditivos, los aceros se dividen en: de baja aleación (con un contenido de aleación de hasta el 2,5 %), de aleación media (con un contenido de aleación del 2,5 % al 10 %) y de alta aleación. (con un contenido de aleación de más del 10%) .

De acuerdo con su propósito, el acero puede ser: estructural, utilizado para la fabricación de diversas estructuras de edificios y partes de máquinas, especial, caracterizado por una alta resistencia al calor y al desgaste, así como a la corrosión, y acero para herramientas.

Por calidad, el acero se divide en: ordinario (ordinario), de alta calidad, de alta calidad y de muy alta calidad.

Metales no ferrososen su forma pura rara vez se usa. Las aleaciones de metales no ferrosos se utilizan con mucha más frecuencia, que se dividen en ligeras y pesadas según su densidad real.

aleaciones ligerasa base de aluminio o magnesio. Las ligeras más comunes son las aleaciones de aluminio-manganeso, aluminio-sílice, aluminio-magnesio y duraluminio. Se utilizan para estructuras portantes (trusses, etc.) y de cerramiento (marcos de ventanas, etc.) de edificios y estructuras.

aleaciones pesadasobtenido a base de cobre, estaño, zinc, plomo. Entre las aleaciones pesadas se utilizan el bronce (aleación de cobre con estaño o aleación de cobre con aluminio, hierro y manganeso) y el latón (aleación de cobre con zinc).

Fundamentos de la producción de hierro y acero.

La producción de metales ferrosos a partir de mineral de hierro es un proceso tecnológico complejo que se puede dividir condicionalmente en dos etapas. En la primera etapa se obtiene hierro fundido y en la segunda etapa se transforma en acero.

El hierro fundido se funde en altos hornos (Fig. 1). Los materiales de partida para la producción de hierro son minerales de hierro, combustibles y fundentes. Los minerales de hierro son rocas que contienen hierro en forma de compuestos químicos con oxígeno y otros elementos. La composición de los minerales de hierro, además, incluye otros compuestos en forma de sílice, alúmina, piedra caliza, etc. (unidos por el concepto general - "roca estéril"). Por lo general, mineral de hierro magnético (Fe 3O 4) con un contenido de hierro de hasta el 70%, mineral de hierro rojo (Fe 2O 3), que contiene hasta un 65% de hierro y mineral de hierro pardo (2Fe 2O 32H 2O), que contiene hasta un 60% de hierro. El combustible en el proceso de alto horno es el coque obtenido por destilación seca (combustión sin acceso de aire) del carbón de coque. Fundentes (fundentes): las calizas, dolomitas y areniscas se utilizan para reducir el punto de fusión de la roca estéril y transferirla y convertir las cenizas en escoria.

Un alto horno es un pozo, cubierto con una carcasa de metal en el exterior y revestido con ladrillos refractarios en el interior. El horno a través de la parte superior, llamada tope, se carga continuamente con carga, alternando capas de mineral, fundente y combustible. Para mantener la combustión del combustible, se suministra aire caliente bajo presión a la parte inferior del horno: la bocina a través de toberas.

Figura 1. Esquema de un alto horno.

Mío; 2 - arriba; 3 - dispositivo de arranque; 4 - carcasa metálica; 5 - revestimiento 6 - parte cilíndrica del horno; 7 - hombros; 8 - corneta; 9 - orificio del grifo de escoria; 10 - hierro fundido 11 - grifo para la liberación de hierro fundido; 12 - tubo de suministro de aire

La combustión del combustible - coque se produce en la parte superior del hogar debido al oxígeno del aire según la reacción C + O2 = CO2. El dióxido de carbono resultante sube por el horno y, al encontrar coque al rojo vivo en su camino, pasa a monóxido de carbono CO2 + C = 2CO. El monóxido de carbono reduce los óxidos de hierro a hierro puro y se convierte en dióxido de carbono. La reducción del hierro ocurre según el esquema: Fe 2O3 Fe 3O4 FeO Fe.

Este proceso se puede representar mediante las siguientes ecuaciones químicas:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

2Fe3O4+ 2CO = 6FeO + 2CO2

6FeO + 6CO = 6Fe + 6CO

La reducción del hierro de sus óxidos ocurre durante el movimiento de la carga bajo la acción de su propia masa desde la parte superior del horno hasta el fondo. En la parte inferior del horno a 900-1100°C, parte del hierro reducido se combina con el carbono, dando como resultado el carburo de hierro Fe3C. Este proceso se llama: carburación. A una temperatura de aproximadamente 1150 ° C, el hierro carburizado comienza a derretirse y el hierro líquido resultante fluye hacia el hogar del horno. Aquí también fluye escoria fundida que, como material más liviano, flota sobre el hierro fundido. El hierro fundido fundido y la escoria se descargan periódicamente a través de aberturas especiales: grifos de hierro fundido y escoria, y la escoria se libera primero y luego el hierro fundido.

El hierro fundido en estado fundido se alimenta a máquinas de vertido para convertirlo en "tintas" o en cucharones especiales entregados a talleres de acero, donde se procesa en acero. La escoria líquida de un alto horno se utiliza para producir piedra pómez de escoria, escoria granulada, fundición de piedra o se vierte en un vertedero. Un subproducto de la producción de alto horno es el gas superior, que se utiliza para las necesidades de la industria metalúrgica.

Proceso de producción de acero consiste en reducir el contenido de impurezas presentes en el arrabio (carbono, silicio, manganeso, azufre, fósforo). Estas impurezas se queman durante la fabricación del acero o se convierten en escoria. Los materiales de partida para la fabricación de acero son: arrabio, chatarra de acero, ferroaleaciones, mineral de hierro y fundentes.

Los métodos modernos de producción de acero son el convertidor, el hogar abierto y la fusión eléctrica (en hornos eléctricos).

Por método de conversión el acero se obtiene en hornos - convertidores. El convertidor es un recipiente revestido de acero en forma de pera que gira alrededor de un eje horizontal sobre dos muñones. En la parte inferior del convertidor hay orificios de tobera para el suministro de aire a una presión de 0,2-0,25 MPa (g). El arrabio líquido se vierte de la cuchara al convertidor, después de lo cual se pasa aire enriquecido con oxígeno a través de los orificios de la tobera. Bajo la influencia del aire, el óxido ferroso FeO se forma en el hierro fundido, que reacciona con las impurezas (silicio, manganeso, fósforo), formando óxidos que se convierten en escoria o se queman, mientras que el óxido ferroso se reduce a hierro puro. Este proceso dura solo 15-30 minutos, lo cual es una gran ventaja de este método. La capacidad de los convertidores modernos alcanza las toneladas 600. Este método de fundición de acero es altamente productivo y económico.

El acero convertidor se utiliza para la fabricación de perfiles de construcción, perfiles y chapas de acero, alambre, etc.

Figura 2. Circuito convertidor

Recipiente giratorio en forma de pera; 2 - forro; 3 - orificios de tobera para suministro de aire; 4 - mecanismo giratorio

método de hogar abierto la obtención de acero es actualmente la más habitual. El horno de hogar abierto es una unidad cuyo espacio de trabajo tiene la forma de una cámara alargada en la dirección horizontal. La parte inferior de la cámara, que parece un baño, se llama hogar. Está relleno de materiales refractarios, y las paredes y el techo del horno están construidos con ladrillos refractarios. En la parte superior hay canales que conectan la cámara de trabajo con los regeneradores de gas y aire. La capacidad de los hornos modernos de hogar abierto es de hasta 1000 toneladas.

El hierro fundido sólido o fundido con la adición de chatarra (chatarra) o el mineral se funde en hogar abierto quemando combustible, una mezcla de gas superior o gas generador con aire. Para aumentar el efecto térmico, el gas y el aire se precalientan en regeneradores, se utiliza chorro de oxígeno. Impurezas: el silicio, el manganeso y el fósforo se oxidan por el óxido ferroso FeO formado en la fusión, pasan a óxidos y se eliminan en forma de escoria, y el óxido ferroso pasa a hierro puro. El azufre se elimina de la masa fundida utilizando piedra caliza introducida como fundente. El carbón se quema a altas temperaturas. La escoria formada durante el proceso de fabricación del acero se acumula en la superficie del metal líquido y se elimina periódicamente.

Fig. 3. Esquema de un horno de hogar abierto 1 - debajo; 2 - bóveda; 3 - regeneradores

Durante la fundición del acero, que dura de 4 a 8 horas, se introducen varios aditivos en su composición: ferroaleaciones, como ferrocromo, ferrovanadio, obteniendo así acero aleado. La composición química de la masa fundida se controla mediante un muestreo sistemático para su análisis. Después de obtener acero de una composición química dada, se libera en un cucharón y se vierte en moldes: moldes de hierro fundido o acero.

El acero de solera abierta se diferencia del acero convertidor en una calidad superior. Es muy utilizado para la fabricación de estructuras de edificación (trusses, vigas de grúas, puentes, raíles, etc.), así como para refuerzos de alta resistencia.

fundición eléctrica- el modo más perfecto de producción de aceros especiales y de alta calidad. El acero se funde en hornos de arco eléctrico o de inducción. Los hornos de arco eléctrico más comunes con una capacidad de hasta 200 toneladas.

Tanto la chatarra de acero como el mineral de hierro, así como el acero líquido proveniente de un horno de hogar abierto o de un convertidor, se utilizan como materia prima para la fundición eléctrica de acero. Además, se introducen fundentes y aditivos de aleación en la composición de la carga. La fuente de calor es un arco eléctrico formado entre electrodos de carbono montados verticalmente y metal fundido. En esencia, los procesos continuos de fundición eléctrica no difieren del método de producción de acero de hogar abierto. Sin embargo, una desventaja significativa de la fundición eléctrica es la baja productividad y el alto costo del acero.

A últimos años comienzan a utilizar métodos combinados de producción de acero utilizando fundición secuencial de acero en convertidores de oxígeno, y luego en los principales hornos de hogar abierto, donde se obtiene acero de una composición química determinada. Para reducir el consumo de electricidad en la producción de acero, primero se usa un horno de hogar abierto para calentar y fundir, y luego se usa un horno eléctrico para finalizar el acero con las propiedades deseadas.

Una tecnología prometedora para obtener esponja de hierro directamente de los minerales insuflándolos a presión con hidrógeno o una mezcla de hidrógeno y monóxido de carbono, seguido de la separación del hierro.

Hierro fundido

Propiedades y calidades del hierro fundido. Según el contenido de impurezas y la velocidad de enfriamiento, se obtienen dos tipos principales de hierro fundido: blanco y gris. Estos nombres corresponden al color del hierro fundido. La fundición blanca tiene una gran dureza, pero es muy quebradiza; se utiliza para producir hierro dúctil y acero. El hierro fundido gris en estado fundido tiene buena fluidez y es fácil de llenar moldes, tiene baja contracción por solidificación y es fácil de mecanizar. El hierro fundido gris se utiliza para fundir una variedad de productos de construcción. Una variedad de hierro fundido gris es hierro fundido negro modificado. Se obtiene introduciendo aditivos (modificadores) en la fundición líquida. Este hierro fundido tiene propiedades mecánicas mejoradas.

El gris, así como el hierro fundido modificado, están marcados con las letras SCH, por ejemplo, SCH12-28, SCH18-36, SCH28-48 y SCH32-52. El primer dígito del grado de hierro fundido muestra la resistencia a la tracción permitida y el segundo, en flexión (en kgf / mm °). El hierro fundido gris utilizado para la fundición de productos que trabajan principalmente en compresión (columnas, almohadillas de soporte, tuberías de alcantarillado, tubería, etc.) se caracteriza por una resistencia a la tracción de 120 - 210 y una resistencia a la flexión de 280 - 400 MPa. Los hierros fundidos de alta resistencia y aleados se utilizan con mucha menos frecuencia en la construcción.

Productos de hierro fundido. Los productos de hierro fundido se producen de varias maneras, entre las cuales la más simple es la fundición en moldes. Formas progresivas de fundición de hierro fundido - bajo presión y centrífugas. Mediante la fundición a partir de fundición gris se obtienen elementos de estructuras de edificación que funcionan a compresión (columnas, zapatas, arcos, bóvedas, tubería de metro, losas de forjados de naves industriales, etc.). El hierro fundido gris se utiliza para la fundición de aparatos de hornos (puertas de hornos, válvulas, rejillas, rejillas), así como productos arquitectónicos y artísticos.

Tipos y propiedades de los aceros.

El acero para estructuras de construcción se divide en tipos y se marca con símbolos, que reflejan la composición y el propósito del acero, las propiedades mecánicas y químicas, los métodos de fabricación y la desoxidación.

Marcado de acero. De acuerdo con la norma, el grado de acero al carbono de calidad ordinaria se indica con las letras St y números del 0 al 7. Los aceros al carbono de alta calidad están marcados con números de dos dígitos que muestran el contenido de carbono en centésimas de porcentaje (0,8; 25, etc). En la designación de grados de acero en ebullición, agregue<кп>, semi-calma -<пс>, calma -<сп>, por ejemplo St3sp, St5ps, St2kp.

En contraste con el marcado de aceros al carbono, las letras en el grado de aceros de baja aleación muestran la presencia de impurezas de aleación en el acero, y los números muestran su contenido promedio como un porcentaje. Los números que preceden a las letras muestran el contenido de carbono en centésimas de porcentaje. Para marcar acero, a cada elemento de aleación se le asigna una letra específica:

C - silicio, B - tungsteno, G - manganeso, Yu - aluminio, X - cromo, D - cobre, H - níquel, K - cobalto, M - molibdeno.

Los primeros dígitos de la marca indican el contenido promedio de carbono (en centésimas por ciento para aceros para herramientas e inoxidables. La letra indica el elemento de aleación y los números posteriores indican su contenido promedio, por ejemplo, el acero 3X13 contiene 0.3% C y 13% Cr, grado 2X17H2 - 0, 2% C, 17% Cr y 2% Ni. Cuando el contenido del elemento de aleación es inferior al 1,5%, no se ponen los números detrás de la letra correspondiente: 1G2S, 12XH3A. La letra A en el final de la designación de grado indica que el acero es de alta calidad, la letra W, especialmente de alta calidad. Por ejemplo, el acero estructural aleado grado 1G2S contiene 0,1% de carbono, 2% de manganeso y 1% de silicio.

Aceros al carbono. El acero al carbono de calidad ordinaria es una aleación de hierro y carbono. También contiene una pequeña cantidad de impurezas: silicio, manganeso, fósforo y azufre, cada uno de los cuales tiene un efecto determinado en las propiedades mecánicas de los aceros. En aceros de calidad ordinaria utilizados en la construcción, el carbono contiene 0,06-0,62%. Los aceros con bajo contenido de carbono se caracterizan por una alta ductilidad y tenacidad. El mayor contenido de carbono hace que el acero sea quebradizo y duro.

Para mejorar la calidad de los aceros de construcción, se agregan impurezas a las aleaciones: manganeso y silicio. El contenido de manganeso suele ser del 0,25 al 0,9%; aumenta la resistencia del acero sin reducir significativamente su ductilidad. El silicio, cuyo contenido en los aceros ordinarios no supera el 0,35 %, no afecta significativamente a las propiedades del acero. El fósforo y el azufre son impurezas nocivas. El fósforo hace que el acero sea quebradizo (quebradizo en frío), en relación con esto, su contenido en los aceros de construcción no debe exceder el 0,05%. La presencia de azufre en una cantidad superior al 0,07% provoca la fragilidad roja del acero y también reduce su resistencia y resistencia a la corrosión. Las principales características de calidad del acero al carbono son el límite elástico y la resistencia a la tracción, así como el alargamiento relativo. Todos estos indicadores (excepto el alargamiento relativo) aumentan con el aumento de la calidad del acero.

El acero más utilizado en la construcción es el grado StZ, que se utiliza para la fabricación de estructuras metálicas de edificios y estructuras civiles e industriales, soportes de líneas eléctricas, tanques y tuberías, así como refuerzo de hormigón armado. Los aceros al carbono estructurales de alta calidad se utilizan, por regla general, en la ingeniería mecánica, y los aceros al carbono para herramientas se utilizan para la fabricación de diversas herramientas de corte.

Aceros aleados. Los aceros de baja aleación se utilizan con mayor frecuencia en la construcción. El contenido de carbono en ellos no debe exceder el 0,2%, ya que con su aumento, la ductilidad y la resistencia a la corrosión disminuyen, y la soldabilidad del acero también se deteriora. Los aditivos de aleación afectan las propiedades del acero de la siguiente manera:

· el manganeso aumenta la resistencia, la dureza y la resistencia al desgaste del acero;

· el silicio y el cromo aumentan la fuerza y ​​la resistencia al calor;

· el cobre aumenta la resistencia del acero a la corrosión atmosférica;

· El níquel mejora la tenacidad sin comprometer la resistencia.

Los aceros de baja aleación tienen mejores propiedades mecánicas que los aceros de bajo carbono. Los aceros que contienen níquel, cromo y cobre son altamente dúctiles, bien soldados, se utilizan con éxito para estructuras soldadas y remachadas de edificios industriales y civiles, superestructuras de puentes, tanques de petróleo, tuberías, etc.

Los grados de acero de baja aleación 10KhSND, 15KhSND, 10G2SD, etc. han recibido la mayor aplicación en la construcción para la fabricación de estructuras metálicas.

Los aceros de media y alta aleación se utilizan en la construcción sólo cuando es necesario dotar a las estructuras de una alta resistencia a la corrosión. Para esto, las estructuras están hechas de acero inoxidable especial, por ejemplo, cromo-níquel y cromo-níquel-manganeso.

Propiedades del acero.Entre las propiedades físicas de los aceros, la densidad real, el punto de fusión, la capacidad calorífica, la conductividad térmica, el coeficiente de expansión térmica (algunas de las propiedades enumeradas ya se han considerado) son de la mayor importancia.

Punto de fusión: la temperatura a la que el acero cambia de estado sólido a estado líquido. El punto de fusión del hierro es de 1535 °C, pero cuando se introduce en su composición carbono y otros elementos, cambia. Por ejemplo, el hierro fundido que contiene un 4,3 % de carbono se funde a unos 1130 °C.

El coeficiente de expansión térmica: el índice de elongación relativa de la muestra de acero con un aumento de temperatura de 1 ° es (11 - 11.9) 10-6 °C. Las propiedades mecánicas de los aceros se caracterizan por la resistencia a la tracción, el límite elástico, el alargamiento relativo, la dureza y la resistencia al impacto.

Se lleva a cabo una prueba de tracción del acero, con una evaluación simultánea de su elasticidad, en muestras en forma de varilla de sección redonda o rectangular. Para ello se utilizan máquinas de tracción dotadas de un dispositivo de registro del diagrama de tracción de la muestra (Fig. 4). En el eje vertical del diagrama, se traza la carga de tracción y en el eje horizontal, el incremento correspondiente en la longitud de la muestra. En el diagrama de tensión, la sección recta (desde el origen hasta el punto 1) muestra que el alargamiento l de la probeta es directamente proporcional a la carga aplicada P1. La tensión máxima a la que se mantiene la proporcionalidad directa entre el alargamiento de la muestra y la carga aplicada se denomina límite de proporcionalidad pr. Las deformaciones de la muestra, en las que las tensiones no superan el límite de proporcionalidad, son elásticas, y cuando la carga se elimina, se restaura la longitud original de la muestra. Con un ligero aumento de la carga a P2 (punto 2), la muestra comienza a estirarse (acero<течет>), aunque la carga permanece constante, lo que corresponde a un área horizontal en el diagrama. La tensión a la que aparece la fluencia del acero se denomina límite elástico M. La muestra adquiere deformaciones residuales, es decir, deformaciones que permanecen en la muestra después de retirar la carga.

Figura 4. Diagrama de tracción de acero

Con un aumento adicional en la carga a P, la muestra se rompe (punto 3). La tensión máxima alcanzada en este caso en la muestra se denomina resistencia a la tracción del acero p, MPa, que se calcula mediante la fórmula

p \u003d P / Fo,

donde P es la carga máxima, N; Fo es el área de la sección transversal inicial de la muestra, mm2.

El alargamiento relativo de la muestra durante el ensayo de tracción caracteriza la ductilidad del acero, es decir, la capacidad de adquirir deformaciones residuales significativas sin rupturas ni fisuras. El alargamiento relativo b,.%, está determinado por la fórmula

b = (l1 - l0)/l0,

donde l0 - longitud estimada (inicial) de la muestra, mm; l1 - longitud de la muestra después de la ruptura, mm.

El ensayo de tracción es el principal para evaluar las propiedades mecánicas de los aceros utilizados en la construcción.

Dureza: la capacidad del acero para resistir la presión de otros cuerpos más duros, como un cono de diamante o una bola de acero.

Resistencia al impacto: la propiedad del acero para soportar cargas dinámicas (de choque). Su valor está determinado por la cantidad de trabajo requerido para destruir una muestra de acero en un probador de impacto de péndulo.

Entre las propiedades químicas del acero, la más importante es la resistencia a la corrosión, que caracteriza la capacidad de los aceros para resistir la acción destructiva del medio ambiente.

Las propiedades tecnológicas muestran la capacidad de los aceros para ser procesados ​​por presión, corte, fundición, soldadura, etc.

La principal prueba tecnológica del acero es la prueba de sus muestras para doblarse en estado frío bajo la influencia de una carga que aumenta uniformemente. Se distinguen los siguientes tipos de pruebas: doblado a un cierto ángulo, doblado alrededor del mandril hasta que los lados estén paralelos, doblado hasta que los lados estén en contacto completo (cerrado). Una señal de que la muestra ha pasado la prueba es la ausencia de grietas, delaminaciones o fracturas en ella después del doblado.

Tratamiento térmico mejora las propiedades físicas y mecánicas del acero. Existen los siguientes tipos de tratamiento térmico: temple, revenido, recocido, normalización.

El temple consiste en calentar el acero a 800-900 °C y enfriarlo lentamente en agua o aceite. El endurecimiento aumenta la resistencia y la dureza del acero, pero reduce la tenacidad. Templado de acero templado - su calentamiento lento hasta 200 - 350°C, exposición a esta temperatura, seguido de enfriamiento lento al aire. Cuando el acero se templa, la dureza disminuye, pero la tenacidad aumenta. Recocido: calentamiento del acero a una temperatura determinada, mantenimiento y enfriamiento lento en un horno. El acero se recoce para reducir la dureza y aumentar su tenacidad. La normalización del acero es un tipo de recocido, que consiste en calentarlo a una temperatura inferior a la temperatura de endurecimiento, mantenerlo a esta temperatura y enfriarlo al aire. La normalización aumenta la dureza, la resistencia y la tenacidad del acero. Para aumentar la resistencia y la dureza de las capas superficiales de los productos de acero, el endurecimiento de la superficie se lleva a cabo con corrientes de alta frecuencia, así como la cementación del acero, es decir, la saturación de carbono de su capa superficial cuando se calienta en un medio carbonoso.

Productos de acero

Fabricación de productos de acero. En la fabricación de productos de acero, el acero fundido se vierte en moldes. Los lingotes de acero extraídos de ellos se someten a un tratamiento a presión. El tratamiento a presión se basa en las altas propiedades plásticas del acero. Esto cambia no solo la forma del lingote de acero, sino también sus propiedades. Existen los siguientes métodos de procesamiento de lingotes de acero por presión: laminado, estirado, forjado, estampado, prensado.

El laminado es el método más común de fabricación de productos de acero perfilados. Durante la laminación, un lingote de acero pasa entre los rodillos giratorios de un tren de laminación, como resultado de lo cual el tocho se comprime, se extrae y, dependiendo del perfil de los rodillos de laminación, adquiere una forma determinada (perfil). Acero laminado en frío. Surtido de acero laminado en caliente: acero redondo, cuadrado, en tiras, equilátero y de ángulo desigual, canales, vigas en I, tablestacas, tuberías, acero de refuerzo de perfil periódico, etc.

Durante el estirado, la pieza de trabajo se tira secuencialmente a través de orificios (matrices) más pequeños que la sección transversal de la pieza de trabajo, como resultado de lo cual la pieza de trabajo se comprime y se estira. Al dibujar, aparece en el acero un llamado endurecimiento por trabajo, lo que aumenta su dureza. El trefilado del acero se suele realizar en frío, obteniendo así productos de perfiles precisos con una superficie limpia y lisa. El método de estirado produce alambre, tubos de pequeño diámetro, así como varillas de sección redonda, cuadrada y hexagonal.

La forja es el procesamiento del acero al rojo vivo mediante golpes repetidos de un martillo para dar a la pieza de trabajo una forma determinada. La forja produce una variedad de piezas de acero (pernos, anclajes, soportes, etc.).

El estampado es un tipo de forjado en el que el acero, estirado bajo los golpes de un martillo, llena la forma de un sello. El estampado puede ser en caliente o en frío. De esta manera, se pueden obtener productos de dimensiones muy precisas.

Prensado - el proceso de extrusión de acero en el recipiente a través de la salida (punto) de la matriz. El material de partida para el prensado es fundición o piezas en bruto laminadas. De esta forma se pueden obtener perfiles de varias secciones, incluyendo varillas, tubos de pequeño diámetro y perfiles de varias formas.

Perfilado en frío: el proceso de deformación de chapas o acero redondo en trenes de laminación. A partir de chapa de acero, se obtienen perfiles doblados con varias configuraciones de diámetro, y de varillas redondas en máquinas perfiladoras en frío mediante aplanamiento - refuerzo aplanado en frío templado.

Tipos de productos de acero. La industria metalúrgica produce una amplia gama de diversos productos de acero.

El ángulo de acero laminado se produce en forma de ángulos equiláteros y desiguales con un ancho de brida de 20-250 mm; canales - 50-400 mm de altura con un ancho de estante de 32 - 115 mm; Vigas en I, tanto ordinarias como de estante ancho. La altura de las vigas en I ordinarias es de 100-700 mm, estante ancho, hasta 1000 mm. La relación entre el ancho de los estantes y la altura varía de 1:2 (en una altura baja) a 1:3 (en una altura alta).

El acero perfilado se utiliza para la fabricación mediante soldadura o remachado de una variedad de estructuras de construcción de acero (armazones y cerchas de edificios industriales y civiles, estructuras de tramos de puentes, vigas de piso, postes de líneas eléctricas, lámparas de iluminación de edificios, etc.). Además, los marcos de ventanas de edificios industriales y públicos están hechos de acero laminado y estampado de perfiles especiales.

El acero laminado de sección cuadrada, así como el acero en tiras, se utilizan para diversos fines. El acero redondo se utiliza principalmente como refuerzo para hormigón armado.

La chapa de acero laminado tiene varias variedades: placa laminada con un ancho de 600 - 3800 y un espesor de 4 - 160 mm; hoja rodante con un ancho de 600 - 1400 y un espesor de 0,5 - 4 mm; techos de chapa, incluso galvanizados; 510 - 1500 de ancho y 0,5 - 2 mm de espesor, así como láminas onduladas y corrugadas.

El acero laminado para tablestacas se produce en una variedad de perfiles; se utiliza para la construcción de ingeniería hidráulica.

Arroz. 5. Gama de aceros laminados

a - esquina isósceles; b- esquina desigual; en - canal; g - viga en I; d - riel de grúa; e - redondo; g - cuadrado; h - tira; y - tablestacas; a - hoja; l - corrugado; m - ondulado

Los tubos de acero sin costura y soldados con un diámetro de 50 - 1620 mm se utilizan para gasoductos y oleoductos principales, suministro de agua, calefacción y otros fines.

Los productos de acero pequeños en forma de pernos, tuercas, arandelas y remaches se utilizan ampliamente en la fabricación de varios diseños a partir de perfiles de acero laminado.

El refuerzo de acero es el componente más importante del hormigón armado y está diseñado para funcionar de forma fiable junto con el hormigón durante toda la vida útil del producto o estructura. El refuerzo se ubica principalmente en aquellos lugares del producto o estructura que están sometidos a esfuerzos de tracción, y debe percibir estos esfuerzos.

El acero de refuerzo se clasifica según el método de fabricación, el perfil de las varillas y el alcance. Según el método de fabricación, el acero de refuerzo se divide en varilla laminada en caliente y alambre estirado en frío. Dependiendo del perfil de las varillas (la naturaleza de su superficie), el refuerzo de varillas y alambres puede ser de perfil liso y periódico. Dependiendo de las condiciones de uso, el acero de refuerzo se divide en no tensionado y pretensado, es decir, se utiliza, respectivamente, para estructuras de hormigón armado convencional y pretensado.

Arroz. 6. Tipos de acero de refuerzo

a - varilla lisa; b - perfil periódico laminado en caliente, clase A-I I, en - el mismo, clase A-III; g - frío aplanado en cuatro lados; d - lo mismo, en ambos lados; e - torcido)

El refuerzo de la varilla se produce mediante un capó ordinario laminado en caliente, reforzado en frío y reforzado con calor.

Dependiendo de las propiedades mecánicas, el refuerzo de barras se divide en clases con el símbolo A. Símbolos para las clases de acero de refuerzo laminado en caliente: A-I, A-II, A-III, A-IV, etc. Al designar una clase de calor -Acero de refuerzo templado al índice A añadir el índice "t", por ejemplo At-III. El acero reforzado por estirado se designa de acuerdo con la clase del acero laminado en caliente original, pero al mismo tiempo, se agrega el índice "c", por ejemplo, Av-III.

El acero de refuerzo de clase A-I está hecho de acero al carbono de grados St3, St3ps y St3kp, clase A-II con un diámetro de 10 - 40 mm - de acero al carbono de grado St5, con un diámetro de 40 - 90 mm - de acero de baja aleación grado 18G2S; clase A-III con un diámetro de 6 - 40 mm - de acero de baja aleación grado 25G2S, con un diámetro de 6 - 8 mm - de acero de baja aleación grado 18G2S; clase A-IV - de acero de baja aleación grado 20KhG2Ts (para estructuras con refuerzo de pretensado). Las varillas de acero de refuerzo de clase A-1 se suministran redondas, varillas de clase A-II, A-III, A-IV, con un perfil periódico.

El refuerzo de alambre se divide en alambre de refuerzo y productos de alambre de refuerzo. El alambre de refuerzo se puede estirar en frío clase B-I(bajo en carbono) para armaduras no tensionadas y clase B-II (carbono) para armaduras pretensadas. Se produce con un perfil liso y periódico con un diámetro de 3 - 8 mm.

Los productos de alambre de refuerzo se pueden utilizar en la construcción y producción de productos de hormigón armado en forma de hilos de acero de refuerzo sin torsión, cables de acero de refuerzo, mallas de refuerzo soldadas, así como mallas de alambre tejidas y soldadas destinadas a estructuras de cemento reforzado.

El acero de refuerzo con un diámetro de menos de 10 mm se produce en bobinas (bahías), con un diámetro de 10 mm o más, en barras de 6-12 m de largo.

Metales no ferrosos y sus aleaciones

En la construcción moderna, los metales no ferrosos en su forma pura se usan muy raramente. En su mayoría, se utilizan aleaciones de algunos metales no ferrosos, como aluminio, cobre, zinc, plomo, estaño, manganeso, que se caracterizan por una baja densidad, alta ductilidad y resistencia a la corrosión, así como buenas cualidades decorativas.

Aluminio y sus aleaciones. El aluminio es un metal ligero de color blanco plateado con una densidad de 2,7 g/cm3. Es de plástico, bien laminado y fundido, punto de fusión 657°C. El aluminio tiene una alta resistencia a la corrosión en el aire debido a la formación de una película protectora de óxido en la superficie. El aluminio puro se utiliza para piezas fundidas, fabricación de láminas, en forma del polvo más fino que se utiliza en la pintura de aluminio y también como agente de expansión para el hormigón celular.

Las aleaciones de aluminio se obtienen agregando cobre, manganeso, magnesio, silicio al aluminio.Estas aleaciones tienen mayor resistencia, ductilidad y resistencia a la corrosión en comparación con el aluminio. Entre las aleaciones de aluminio, las más utilizadas son las aleaciones de aluminio-manganeso, aluminio-magnesio, duraluminio [aleación de aluminio con cobre (hasta 5,5%), magnesio (hasta 0,8%), silicio (0,8%) y manganeso (hasta 0,8%). 8%)] y alvil, que tiene los mismos componentes que las aleaciones de duraluminio, pero en proporciones ligeramente diferentes.

Se fabrican varios tipos de productos laminados a partir de aleaciones de aluminio: ángulos, canales, vigas en I, láminas planas y corrugadas, tuberías, etc. En la actualidad, el alcance de las aleaciones de aluminio se ha ampliado significativamente. Se recomienda el uso de aleaciones en la construcción de estructuras de grandes luces, estructuras de empresas químicas con ambientes agresivos, en estructuras ligeras prefabricadas, para vitrinas y marcos de ventanas, así como para estructuras de cerramiento, por ejemplo, con bisagras de tres capas. paneles con revestimiento de aleación de aluminio y una capa intermedia de material aislante térmico, paneles para techos, falsos techos, barandillas de balcón, etc.

Los elementos estructurales hechos de aleaciones de aluminio están conectados por remaches, pernos, así como por soldadura o pegado.

Cobre y sus aleaciones. El cobre es un metal rojizo blando y dúctil con una densidad de 8,9 g/cm3, un punto de fusión de 1083 °C y una resistencia a la tracción de 200 MPa. El cobre tiene una alta conductividad térmica y eléctrica. En su forma pura, prácticamente no se usa, pero en varias aleaciones es el componente principal.

Una aleación de cobre y zinc (hasta un 40%) se llama latón. Esta aleación tiene altas propiedades mecánicas y resistencia a la corrosión, y se presta bien al trabajo en caliente y en frío. El latón se utiliza en forma de láminas, varillas, alambres, tuberías, así como en productos para la decoración arquitectónica de interiores de edificios.

Una aleación de cobre con estaño, aluminio, manganeso o níquel se llama bronce. Tiene altas propiedades mecánicas, antifricción, fundición, decorativas, así como resistencia a la corrosión. El bronce se utiliza en forma de una variedad de productos para el equipamiento interno de los edificios (grifería sanitaria, grifería, etc.).

Zinc- metal blanco azulado. Tiene una alta resistencia a la corrosión, por lo que se utiliza para galvanizar productos de acero (acero para techos, piezas incrustadas, pernos, etc.).

Guiar- heavy metal de un color azul grisáceo. Se vierte y rueda bien, es resistente a los ácidos sulfúrico y clorhídrico y tiene altas propiedades protectoras contra la exposición a los rayos X. En la construcción, las tuberías especiales, los revestimientos resistentes a la corrosión, los tipos especiales de impermeabilización se fabrican con plomo (las costuras entre las tuberías en los ejes se acuñan con plomo), etc.

En los últimos años, algunos metales no ferrosos y sus aleaciones han sido reemplazados con éxito por plásticos, vidrio, madera tratada químicamente y otros materiales baratos y menos escasos.

Protección de los metales contra la corrosión y el fuego.

La corrosión es la destrucción del metal bajo la influencia del medio ambiente. Como resultado de la corrosión, alrededor del 10 al 12% de la producción anual de metales ferrosos se pierde irremediablemente.

Tipos de corrosión. Dependiendo del mecanismo del proceso de destrucción del metal, la corrosión puede ser química y electroquímica.

La corrosión química se produce cuando el metal se expone a gases secos o líquidos de origen orgánico, que no son electrolitos. Un ejemplo de corrosión química es la oxidación de un metal a altas temperaturas, como resultado de lo cual aparece en su superficie un producto de oxidación, las incrustaciones. Este tipo de corrosión es raro.

La corrosión electroquímica se forma como resultado de la exposición del metal a electrolitos (soluciones de ácidos, álcalis y sales). Los iones metálicos se disuelven, mientras que el metal se destruye gradualmente. Este tipo de corrosión también puede ocurrir cuando dos metales diferentes entran en contacto en presencia de un electrolito, cuando pasa una corriente galvánica entre estos metales. En un par galvánico de dos metales cualquiera, se destruirá el metal que esté más bajo en la serie de voltajes electroquímicos. Por ejemplo, el hierro en una serie de voltajes se encuentra por encima del zinc, pero por debajo del cobre, por lo tanto, cuando el hierro entra en contacto con el zinc, el zinc se destruye, y cuando el hierro entra en contacto con el cobre, el hierro se destruye. En los metales, debido a la presencia de componentes estructurales heterogéneos, puede ocurrir microcorrosión. Extendiéndose a lo largo de los límites de los granos de metal, provoca corrosión intercristalina.

Dependiendo de la naturaleza del entorno, la corrosión electroquímica puede ser atmosférica bajo el agua y del suelo, así como también causada por corrientes vagabundas. Las estructuras de acero a menudo están expuestas a la corrosión atmosférica. El dióxido de carbono y el dióxido de azufre en la atmósfera forman un electrolito con la humedad del aire que actúa sobre el acero. En este caso, el grado de destrucción del acero depende del tipo y concentración del electrolito. La corrosión bajo el agua es posible en el metal sumergido en agua. La corrosión del suelo ocurre cuando las estructuras metálicas interactúan con el suelo. La corrosión del metal de las tuberías es bastante común, marco de metal estructuras subterráneas de los efectos de las corrientes parásitas que se producen cuando los cables subterráneos se colocan cerca unos de otros, y los rieles de tranvías o vías férreas.

Protección del metal contra la corrosión. Existen varios métodos para proteger los metales de la corrosión, incluida la protección del metal base con películas de pintura, no metálicas y metálicas, así como la introducción de elementos de aleación en el metal.

El revestimiento de pintura es el tipo más común de protección anticorrosión del metal. Como materiales filmógenos, los nitroesmaltes, el petróleo, el carbón y los barnices sintéticos, las pinturas a base de aceites vegetales etc. Una película densa formada durante el recubrimiento de las superficies de las estructuras aísla el metal del impacto del ambiente húmedo circundante.

Los recubrimientos no metálicos son bastante diversos. Estos incluyen esmaltado, revestimiento con vidrio, composición de cemento y caseína, láminas de plástico y azulejos, rociado de plásticos, etc. Estos revestimientos son bastante resistentes a los ambientes agresivos externos y protegen el metal de manera confiable contra la corrosión.

Los recubrimientos metálicos se aplican a los metales mediante métodos galvánicos, químicos, en caliente, metalización y otros. En el método galvánico de protección, se crea una fina capa protectora de un metal sobre la superficie del metal mediante la deposición electrolítica de una solución de sales metálicas. En este caso, el producto revestido sirve como cátodo y el metal depositado sirve como ánodo. Un ejemplo es la galvanización de piezas embebidas para estructuras de hormigón armado. El tratamiento químico de los productos metálicos garantiza la creación de una película protectora sobre la superficie metálica. Con el método de recubrimiento en caliente, los productos se sumergen en un baño con metal protector fundido (zinc, estaño, plomo).

La metalización es una forma común de proteger los metales. Consiste en aplicar aire comprimido a la capa más fina de metal fundido atomizado sobre la superficie de un producto metálico a proteger de la corrosión. Para este propósito, se utilizan dispositivos: metalizadores.

En la protección de aleación, se introducen elementos de aleación en el metal, que aumentan la resistencia de la aleación a la corrosión. Por ejemplo, la introducción de cobre aumenta significativamente la resistencia a la corrosión del acero. Los aceros inoxidables de alta aleación son muy resistentes a la corrosión.

Protección contra incendios. Para la protección de estructuras metálicas, los más prometedores son los llamados recubrimientos intumescentes o pinturas a base de aglutinantes poliméricos, que, al ser expuestos al fuego, forman una masa fundida de espuma coquizada que evita que el metal se caliente.

Para aumentar el límite de resistencia al fuego (600 °C) de los metales, incluidas las estructuras de aluminio, también se utilizan recubrimientos de asbesto-cemento, asbesto-perlita, asbesto-vermiculita, aplicados por proyección neumática. Un nuevo tipo de protección contra incendios es un revestimiento de fosfato de 20 - 30 mm de espesor, que es una masa ligera monolítica resistente a 1000 ° C. Las formas tradicionales de aumentar el límite de resistencia al fuego son el uso de paramentos y revoques de materiales ignífugos refractarios (ladrillo, cerámica hueca, placas de yeso, morteros, etc.).

AGLUTINANTES MINERALES

Información básica sobre los ligantes minerales y su clasificación

aglutinantes minerales llamados materiales en polvo finamente dispersos obtenidos artificialmente, que, cuando se mezclan con agua (soluciones acuosas), forman una masa plástica que puede endurecerse como resultado de procesos fisicoquímicos, es decir, pasar a un estado similar al de una piedra. Esta propiedad de los ligantes minerales les permite ser ampliamente utilizados para la preparación de morteros y hormigones, así como para la producción de diversos materiales, productos y piezas de piedra artificial sin cocer, adhesivos y composiciones de pintura. Este es el más grande en términos de nomenclatura, el grupo de materiales de construcción más común y significativo en términos de aplicación.

Los aglutinantes minerales se dividen en aire e hidráulicos. Los aglutinantes de aire son sustancias que pueden endurecerse, retener y aumentar su resistencia durante mucho tiempo solo en el aire. Los aglutinantes de aire incluyen aglutinantes de cal aérea, yeso y magnesia, vidrio líquido, etc.

Los aglutinantes hidráulicos son sustancias que pueden endurecerse, retener y aumentar su resistencia durante mucho tiempo no solo en el aire, sino también en el agua. Los ligantes hidráulicos incluyen la cal hidráulica, el cemento romano, el cemento portland y sus variedades, el cemento aluminoso, los cementos impermeables expansivos y no retractiles, etc.

Cal aérea de construcción

La cal aérea de construcción es aglutinante obtenido por cocción moderada (sin sinterizar) de piedra caliza que no contenga más del 6% de impurezas arcillosas. Como resultado del tostado, se forma un producto en forma de grumos blancos, llamados grumos de cal viva (caldera). Según la naturaleza del procesamiento posterior, se distinguen los siguientes tipos de cal aérea: cal viva molida, apagada hidratada (fluff), cal en masa, leche de lima.

Producción de cal aérea. La piedra caliza, la tiza, la piedra caliza dolomítica, etc. se utilizan como materias primas para la producción de cal aérea, que consiste principalmente en carbonato de calcio CaCO3, así como una pequeña cantidad de impurezas: dolomita, yeso, cuarzo y arcilla.

El proceso tecnológico para la producción de cal aérea consiste en la extracción de roca carbonatada (piedra caliza o yeso) en cantera, su trituración y clasificación y posterior cocción en hornos de cuba o rotatorios, donde, debido a la combustión del combustible, se eleva la temperatura a 1000 - 1200 °C y se produce la descomposición (disociación) de la caliza: CaCO3 = CaO + CO2. El carbonato de magnesio MgCO3 presente en la piedra caliza también se descompone durante la cocción: MgCO3 = MgO + CO2.

Al descender aún más a la zona de enfriamiento, la cal quemada se enfría con aire y luego se descarga en el horno inferior mediante un mecanismo especial.

Mediante el uso de hornos rotatorios, es posible producir cal a partir de cualquier roca carbonatada, incluida la piedra caliza finamente triturada y la creta húmeda suelta, que no pueden cocerse en hornos de cuba.

Lima en terrones Alta calidad se puede obtener mediante la cocción uniforme de piedra caliza hasta que se elimine completamente el CO2. Los óxidos de calcio y magnesio (CaO + MgO) que quedan después de la cocción son los componentes activos de la cal; su cantidad determina la calidad del material resultante como aglutinante. Además, la cal en terrones suele contener una cierta cantidad de subcombustión y sobrecombustión. Underburning: el carbonato de calcio sin descomponer se obtiene cuando se cargan piezas demasiado grandes de piedra caliza en el horno o la temperatura de cocción no es lo suficientemente alta. La enfermedad casi no tiene propiedades astringentes y por lo tanto es lastre. La quemadura se obtiene como resultado de la fusión de óxido de calcio con impurezas (sílice, alúmina y óxido de hierro) bajo la influencia de una temperatura demasiado alta. Los granos quemados se extinguen muy lentamente. La presencia de sobrequemados en la cal es peligrosa, ya que las partículas no extinguidas pueden empezar a extinguirse en el mortero de cal endurecido y provocar fisuras en yesos, productos silicatados, etc.

El terrón de cal viva consiste en piezas porosas con una densidad de 900 - 1100 kg/m3 y es un producto intermedio, que luego se tritura o apaga para convertirlo en productos comerciales.

Cuando se muelen en molinos de bolas, las calderas de cal en trozos pretriturados recibirán cal viva, que, a diferencia de la cal apagada, tiene la capacidad de fraguar y endurecer rápidamente. En el proceso de molienda de cal en grumos hervida, se pueden introducir varios aditivos: escoria, ceniza, arena, piedra pómez, piedra caliza, que mejoran sus propiedades y reducen el costo. De esta forma, por ejemplo, se obtiene cal carbonatada, compuesta por un 30 - 40 % de cal viva y un 70 - 60 % de caliza bruta. Esta cal se utiliza para la preparación de morteros autocalentables utilizados en condiciones invernales.

Cal de extinción. Cuando la cal viva se trata con agua, el óxido de calcio se convierte en un hidrato de acuerdo con la siguiente fórmula: CaO + H2O = Ca(OH)2. Este proceso se denomina "apagado de la cal" y va acompañado de la liberación de una gran cantidad de calor y una intensa vaporización (es en relación con esto que la cal viva cal en terrones comúnmente conocido como ebullición).

Según la cantidad de agua tomada durante el temple se obtienen cal hidratada (fluff), masa de cal o lechada de cal.

cal hidratada(pelusa) se obtiene cuando se toma 6O - 70% de agua para apagar la cal hirviendo. En este caso, el 32% del agua está involucrada en una reacción química y el resto del agua se evapora durante el proceso de enfriamiento. Como resultado del enfriamiento, el volumen de cal obtenido aumenta de 2 a 3 veces en comparación con el original. La cal hidratada resultante es un polvo blanco formado por diminutas partículas de hidróxido de calcio.

masa de lima es una masa plástica blanca con una densidad de hasta 1400 kg/m3. Cuando se apaga la cal: agua hirviendo en masa de cal, el consumo de agua aumenta a 2 - 3 partes en peso por 1 parte de cal. Al usar más agua, leche de lima. El volumen de la pasta de cal resultante es de 2 a 3,5 veces mayor que el volumen de la cal hervida inicial.

Dependiendo de la velocidad de extinción, la cal en trozos se divide en extinción rápida con un período de extinción de hasta 20 minutos y extinción lenta, más de 20 minutos. Cuanto mayor sea la actividad de la cal, más rápido se extinguirá y mayor será el rendimiento de la masa de cal.

Endurecimiento de la cal. La cal, por regla general, se utiliza en la construcción en forma de solución, es decir, mezclada con arena. El mortero de cal en el aire se endurece gradualmente, convirtiéndose en una piedra artificial. Durante el endurecimiento de un mortero de cal preparado sobre cal apagada, tienen lugar varios procesos simultáneamente. Como resultado de la evaporación del exceso de humedad de la solución de cal, las partículas más pequeñas de Ca (OH) 2 se acercan entre sí, cristalizan y luego forman fuertes agregados cristalinos que unen los granos de arena en un cuerpo monolítico. Junto a esto, debido a la interacción del hidróxido de calcio con el dióxido de carbono del aire, se produce un proceso de carbonización con liberación de agua:

Ca(OH)2 + CO2+ nH2O = CaCO3 + (n+1)H2O.

Como resultado de esta reacción, se forma carbonato de calcio, que tiene una alta resistencia. Sin embargo, el proceso de carbonización es muy lento, ya que en la superficie de la capa de mortero de cal se forma una densa costra de carbonato cálcico que dificulta la penetración del dióxido de carbono en su interior. Esto explica el aumento extremadamente lento de la resistencia de los morteros de cal.

Aplicaciones, transporte y almacenamiento. La cal aérea se utiliza para la preparación de morteros de cal y arena y mixtos utilizados para mampostería y yeso, en la producción de productos de silicato y también como aglutinante para pintar composiciones de pintura. Además, aire cal El molido y la pelusa se utilizan en la producción de cementos de cal-puzolánica y cal-escoria, que tienen propiedades hidráulicas.

Las soluciones y productos elaborados con cal aérea no deben utilizarse en locales húmedos y cimientos, ya que no son impermeables. Se recomienda el uso de morteros de yeso sobre cal viva molida tanto a temperatura exterior positiva como negativa. En este caso, debido al hecho de que durante la preparación y aplicación de la solución se libera una gran cantidad de calor, el exceso de humedad se evapora y la solución se fortalece rápidamente.

La cal viva en terrones se transporta a granel en vagones de ferrocarril o volquetes, cubriendo las carrocerías con lona para proteger la cal de la humedad. Los contenedores de metal bien cerrados y las bolsas de papel bituminoso sirven como contenedores para el transporte de cal esponjosa y cal molida. La masa de cal se transporta en volquetes con carrocerías especialmente adaptadas y la leche de cal se transporta en camiones cisterna.

A partir de la cal hervida que ingresa al sitio de construcción, se debe preparar pasta de cal que, con pequeñas cantidades de trabajo, puede permanecer en los pozos de creación durante mucho tiempo. La cal esponjosa se puede almacenar por un corto tiempo en bolsas en almacenes secos. La cal molida no debe almacenarse durante más de un mes, ya que la humedad del aire la apaga gradualmente y pierde su actividad.

Al transportar, almacenar y utilizar la cal aérea, se deben tomar precauciones, ya que el polvo de cal irrita el sistema respiratorio y la piel húmeda.

Ligantes de yeso

Los aglutinantes de yeso son materiales que consisten en yeso semiacuoso o anhidrita y se obtienen por tratamiento térmico de materias primas finamente divididas.

Las materias primas para la producción de aglomerantes de yeso son: yeso natural dihidratado CaSO4 H2O, llamado piedra de yeso, anhidrita natural CaSO4 y algunos residuos industriales que contienen dihidrato o sulfato cálcico anhidro (fosfoyeso, boroyeso, etc.).

Los aglutinantes de yeso, según la temperatura de procesamiento de las materias primas, se dividen en dos grupos: de baja cocción y de alta cocción. Los aglutinantes de yeso de baja combustión se obtienen mediante el tratamiento térmico del yeso dihidratado a 110 - 180 °C. Se componen principalmente de yeso semiacuoso CaSO40.5H2O finamente molido y se caracterizan por un endurecimiento rápido. Los aglomerantes de yeso de alta cocción se cuecen a 600 - 1000 °C. Incluyen principalmente yeso anhidro - anhidrita CaSO4, se caracterizan por un endurecimiento lento. Los aglutinantes de yeso de baja combustión incluyen: yeso para moldeo, construcción y alta resistencia, así como aglutinantes de yeso de materiales que contienen yeso. Los aglutinantes de alta cocción incluyen: aglutinante de anhidrita (cemento de anhidrita) y yeso de alta cocción (yeso de extracción),

Producción de yeso para la construcción. Cuando se quema piedra de yeso grumosa en un tambor de secado (horno rotatorio), los gases de combustión calientes entran en contacto directo con la piedra de yeso triturada que se mueve lentamente. Después de la cocción, el yeso se muele en un molino de bolas.

La cocción conjunta de piedra de yeso y su molienda se realiza en molinos de bolas. En ellos, la piedra de yeso se tritura, sus pequeñas partículas son recogidas por el flujo de gases de combustión calientes que ingresan al molino. Mientras están en suspensión, las partículas de piedra de yeso se deshidratan hasta que se convierten en yeso semiacuoso y son transportadas por los gases de combustión desde el molino hasta los dispositivos de sedimentación de polvo.

Endurecimiento del yeso de construcción. Cuando el yeso semiacuoso se mezcla con agua, se forma una masa plástica, que se espesa rápidamente y se convierte en un estado similar al de una piedra. El proceso de endurecimiento del yeso semiacuoso ocurre como resultado de la hidratación del yeso semiacuoso, es decir añadiéndole agua y convirtiéndolo en yeso dihidratado: CaSO4 0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4 2H2O.

El secado adicional de la masa de endurecimiento conduce a un aumento significativo en la resistencia del yeso. Para acelerar el endurecimiento, los productos de yeso se secan artificialmente a una temperatura que no exceda los 60-65 ° C. Con más alta temperatura puede comenzar el proceso de descomposición del yeso de dos aguas, acompañado de una fuerte disminución de la resistencia. Durante el endurecimiento, el yeso aumenta su volumen hasta en un 1%, llenando bien los moldes cuando se colan productos de yeso.

Propiedades del yeso de construcción. El yeso de construcción es un polvo blanco. Su densidad en estado suelto oscila entre 800 - 1100 kg/m3, y en estado compactado - 1250 - 1450 kg/m3, la densidad real es de 2,6 - 2,75 g/cm3. Es un aglutinante de fraguado y endurecimiento rápidos, cuyas principales propiedades incluyen demanda de agua, tiempo de fraguado, finura de molienda y resistencia a la compresión y a la flexión.

La densidad normal de una masa de yeso se caracteriza por la cantidad de agua (en %) a la que se obtiene una masa de una determinada movilidad. La construcción de yeso tiene una alta demanda de agua. Para obtener una prueba de densidad normal, se necesita un 50-70% de agua en peso de yeso.

El tiempo de fraguado de la masa de yeso (es decir, la densidad de la masa en la que la mezcla mecánica es difícil o imposible) se determina en el dispositivo Vicat por la profundidad de inmersión de la aguja en la masa de yeso. De acuerdo con el tiempo de fraguado, la masa de yeso se divide en tres grupos: A - fraguado rápido (el inicio del fraguado es de 2 minutos y el final del fraguado es de 15 minutos); B - configuración normal (respectivamente 6 minutos y 30 minutos); B - fraguado lento (el comienzo del fraguado no es antes de 20 minutos desde el momento en que se mezcla la masa de yeso).

El fraguado rápido del yeso dificulta el trabajo, por lo tanto, si es necesario, se agregan retardadores de fraguado (pegamento animal, puré de levadura al sulfito - SDB) a la masa de yeso en una cantidad de 0.1 - 0.3% en peso de yeso. En la producción de productos de hormigón de yeso, puede ser necesario acelerar el fraguado del yeso, luego se le agrega dihidrato de yeso y sal de mesa en una pequeña cantidad.

La resistencia del yeso se caracteriza por la resistencia a la compresión de muestras de vigas de 40x40x160 mm de tamaño de masa de yeso de densidad normal, ensayadas 1,5 horas después de la fabricación.

De acuerdo a la resistencia a la compresión se establecieron 12 grados de yeso: G-2, G-3, G-4, G-5, G-6, G-7, G-10, G-13, G-16, G -19, G-22, G-25, mientras que la resistencia mínima a flexión para cada grado debe corresponder a un valor de 1,2 a 8 MPa, respectivamente.

Debido a la solubilidad relativamente alta del dihidrato de yeso, la resistencia de los productos de yeso cuando están húmedos se reduce drásticamente (entre un 40 y un 70 %) y se detectan deformaciones plásticas. La resistencia al agua del yeso se incrementa añadiendo escoria de alto horno granulada molida. Además, la resistencia al agua de los productos de yeso aumenta al recubrir sus superficies con diversas composiciones que forman películas impermeables.

Aplicación de yeso de construcción. El yeso para la construcción se utiliza para productos y piezas que se utilizan en la construcción de edificios y estructuras con una humedad relativa no superior al 60 %. Morteros de yeso y de cal-yeso, decorativos, aislantes del calor y Materiales de decoración, así como diversos detalles arquitectónicos por fundición.

Yeso de alta resistencia llamado aglutinante, que consiste principalmente en sulfato de calcio hemihidratado, obtenido por tratamiento térmico de yeso dihidratado en un autoclave bajo presión de vapor o hirviendo en soluciones acuosas de ciertas sales, seguido de secado y triturado hasta obtener un polvo fino. Tiene un menor requerimiento de agua (alrededor del 45%), lo que permite obtener productos de yeso con alta densidad y resistencia.

La resistencia a la compresión del yeso de alta resistencia no es inferior a 25 - 30 MPa. El tiempo de fraguado del yeso de alta resistencia es aproximadamente el mismo que el del yeso de construcción.

El yeso de alta resistencia se utiliza para la fabricación de detalles arquitectónicos y productos de construcción con mayores requisitos de resistencia.

Aglutinantes de magnesio

Los aglutinantes de magnesia son polvos finamente molidos que contienen óxido de magnesio y se endurecen cuando se mezclan con soluciones acuosas de cloruro o sulfato de magnesio. Los aglutinantes de magnesia, según las materias primas utilizadas, se dividen en dos tipos: magnesita cáustica y dolomita cáustica.

magnesita cáustica- polvo, constituido principalmente por óxido de magnesio. Se obtiene tostando la roca de magnesita MgCO3 - en hornos de cuba o rotatorios a 700 - 800 °C, seguido de la molienda del producto tostado hasta obtener un polvo fino. Cuando se quema, la magnesita se descompone según la reacción

O3 \u003d MgO + CO2.

El aglutinante terminado se envasa en tambores de acero o bolsas de papel y se envía al lugar de aplicación. Debido a su alta higroscopicidad, la magnesita cáustica no está sujeta a almacenamiento a largo plazo.

La magnesita cáustica no se cierra con agua, sino con soluciones acuosas de cloruro o sulfato de magnesio. La magnesita cáustica se endurece relativamente rápido. Su fraguado no debe ocurrir antes de 20 minutos, y el final, a más tardar 6 horas desde el momento de la mezcla. Grados de magnesita cáustica - 400, 500 y 600.

Dolomita cáustica- un polvo que consiste en óxido de magnesio y carbonato de calcio, obtenido por tostado natural de dolomita CaMg (CO3) 2, seguido de molienda en polvo. Debido al contenido de CaCO3 inerte, la dolomita cáustica es de calidad inferior a la magnesita cáustica. Grados de dolomita cáustica: 100, 150, 200 y 300.

Los aglutinantes de magnesia tienen la capacidad de adherirse fuertemente al aserrín, las virutas y otros rellenos orgánicos, que no se descomponen ni se pudren en los productos. Estos aglutinantes se utilizan para la fabricación de materiales aislantes del calor (fibrolita, etc.), para la instalación de pisos, peldaños y baldosas de xilolita cálidos y resistentes al desgaste.

Vidrio líquido y cemento resistente a los ácidos

Los aglutinantes de aire incluyen vidrio líquido y el cemento resistente a los ácidos que mezcla.

vidrio liquido es Na2nSiO2 de sodio o silicato de potasio K2OnSiO2 de color amarillo, que se obtiene por fusión en hornos de vidrio a una temperatura de 1300 - 1400 ° C arena de cuarzo puro triturada con sosa Na2CO3 o potasio K2CO3. Las piezas transparentes y los grumos de color azulado, verdoso y amarillento formados después del enfriamiento rápido de la masa fundida se disuelven bajo la acción del vapor (en un autoclave) bajo una presión de 0,4 - 0,6 MPa, convirtiéndose en una solución viscosa, generalmente llamada vidrio líquido. Para la construcción, el vidrio líquido (principalmente de sodio, ya que es más económico) viene con una densidad real de 1,32 - 1,50 g/cm3. Solo se endurece al aire. El proceso de endurecimiento del vidrio líquido se acelera significativamente mediante la introducción de un catalizador: silicofluoruro de sodio Na2SiF6.

El vidrio líquido se utiliza para obtener pinturas ignífugas de silicato, para proteger los materiales de piedra natural de la intemperie, la compactación (silicificación) de los suelos, así como para obtener cemento resistente a los ácidos y hormigón resistente al calor.

cemento resistente a los ácidos- mezcla finamente molida de arena de cuarzo y silicofluoruro de sodio, cerrada con vidrio líquido. El fraguado y endurecimiento del cemento resistente a los ácidos ocurre a una temperatura no inferior a 10 ° C, mientras que el inicio del fraguado debe ocurrir no antes de los 30 minutos y el final no más tarde de las 6 horas desde el momento de la mezcla. El cemento resistente a los ácidos no es impermeable y se destruye con relativa rapidez por la acción del agua y las soluciones ácidas débiles.

Los morteros y hormigones preparados sobre cemento resistente a los ácidos son muy resistentes a una serie de ácidos minerales y orgánicos, pero se destruyen con los álcalis, así como con los ácidos fosfórico, fluorhídrico e hidrofluorosilícico. Se utilizan para el revestimiento de equipos químicos, la construcción de tanques y otras estructuras de la industria química.

cal hidráulica

La cal hidráulica es un producto de cocción moderada de calizas margosas que contienen un 6-20% de impurezas de arcilla y arena fina. Estas calizas se cuecen en hornos de cuba a 900 - 1100°C. A esta temperatura, el carbonato de calcio se descompone y parte del óxido de calcio se combina con los óxidos de silicio y aluminio, que están contenidos en la arcilla. Como resultado, se forman silicatos y aluminatos de calcio, que le dan a la cal hidráulica la capacidad de endurecerse en agua.

La cal hidráulica, ligeramente humedecida con agua, se enfría total o parcialmente y se desmenuza en polvo, y llenada con una cantidad suficiente de agua forma una masa que, habiendo comenzado a endurecerse en el aire, continúa endureciéndose en el agua, mientras que los procesos fisicoquímicos de el endurecimiento al aire se combinan con los hidráulicos.

La cal hidráulica de cal viva es un polvo. La resistencia a la compresión de la cal hidráulica después de 28 días es de 1,7 a 10 MPa.

La cal hidráulica se utiliza para la preparación de morteros de albañilería y yeso utilizados tanto en ambientes secos como húmedos, así como para hormigones de baja calidad. Las soluciones y hormigones sobre cal hidráulica en el primer día de fraguado deben protegerse del agua, ya que se lavan fácilmente.

La cal hidráulica debe almacenarse en espacios secos y cerrados y protegerse de la humedad durante el transporte.

cemento Portland

El cemento Portland y sus variedades son los principales aglomerantes en la construcción moderna. En Ucrania, su producción supera el 65% de la producción de todos los cementos.

El cemento Portland es un aglutinante hidráulico que se obtiene triturando finamente el clínker de cemento Portland con yeso y, en ocasiones, con aditivos especiales.

El clínker de cemento portland es un producto de la cocción antes de la sinterización de una mezcla homogénea de materias primas finamente dispersas compuesta por calizas y arcillas y algunos otros materiales (margas, escorias de alto horno, etc.). Durante la cocción, se asegura el contenido predominante de silicatos de calcio altamente básicos en el clinker.

Para regular el tiempo de fraguado del cemento Portland, se introduce dihidrato de yeso en el clinker durante la molienda en una cantidad de 1,5 - 3,5% (en peso de cemento en términos de SO3).

La composición distingue el cemento Portland sin aditivos, el cemento Portland con aditivos minerales, el cemento Portland de escoria, etc.

Las materias primas para la producción de cemento Portland son rocas: margas, calizas (piedra caliza, tiza, roca de concha, toba calcárea, etc.) y rocas arcillosas. Con piedra caliza en la composición del cemento. se introduce el óxido básico CaO; con arcilla - óxidos de silicio, aluminio, hierro; con marga - todos los óxidos necesarios.

En la naturaleza, rara vez se encuentran rocas cuya composición química garantizaría la producción de clínker de cemento Portland después de la cocción. calidad requerida, por lo tanto, la mezcla cruda se compone de dos o más componentes. La relación de los componentes de la mezcla bruta se elige de modo que el clínker de cemento Portland obtenido durante la cocción tenga la siguiente composición química; 63 - 68% CaO; 4 - 8% Al2O3; 19 - 24 % SiO2, 2 - 6 % Fe2O3. Por lo general, la mezcla cruda consta de 75 a 78 % de piedra caliza y de 25 a 22 % de arcilla.

La producción de cemento Portland consta de los siguientes procesos principales: extracción de materias primas y preparación de la mezcla cruda, tostación de la mezcla antes de la sinterización para obtener clínker, molienda del clínker hasta obtener un polvo fino junto con aditivos.

Dependiendo de las propiedades de las materias primas y del tipo de hornos, las materias primas se preparan para la producción mediante un método húmedo o seco. En el método húmedo, los componentes se trituran y mezclan en presencia de agua, y la mezcla en forma de masa líquida (slurry) se cuece; en el método seco, las materias primas se trituran, se mezclan y se queman en seco.

Producción húmeda de cemento portland. Las rocas blandas (arcilla y tiza) utilizadas como materia prima se trituran previamente en trituradoras de rodillos y se trituran en cubetas-hablantes especiales en presencia de un 36-42% de agua en peso. Las suspensiones de arcilla y tiza en proporciones predeterminadas ingresan a los molinos de bolas para una molienda fina. Si se utiliza piedra caliza sólida como componente de cal, entonces se somete a trituración en dos etapas en trituradoras de mandíbula y martillo, y luego se tritura en molinos de bolas junto con una suspensión de arcilla obtenida en habladores.

Figura 1. Esquema tecnológico para la producción de cemento portland por el método húmedo

Tolva receptora de piedra caliza; 1 - trituradora de piedra caliza 3 - carro con arcilla; 4 - dispensador de agua; 5 - cuenca-hablador 6 - molino crudo; 7 - piscinas de lodos; 8 - horno rotatorio 9 - inyector de combustible; 10 - almacén de clinker; 11 - piedra de yeso almacenada; 12 - trituradora para piedra de yeso; 13 - molino de bolas; 14 - silos para cemento; 15 - vagones con cemento)

Molino de bolas de múltiples cámaras: un cilindro de acero con una longitud de 8 - 15 y un diámetro de 1,8 - 3,5 m, cuya superficie interior está revestida con placas de acero. El molino gira sobre ejes huecos, a través de los cuales, por un lado, se carga y, por otro lado, se descarga. Una mezcla de piedra caliza, arcilla y agua pasa por todas las cámaras del molino y, triturada bajo el impacto de bolas y cilindros de acero, la deja en forma de una masa cremosa: lodo.

Los lodos se bombean a balsas cilíndricas de lodos para ajustar su composición. En el ajuste se establece la composición química de los lodos (se determina principalmente el contenido en carbonato cálcico) y, de acuerdo con los datos obtenidos, se añade una cantidad estrictamente definida de lodos de diferente composición (enriquecidos o empobrecidos en caliza) al eso. El lodo ajustado de esta manera se bombea a balsas de lodo para su almacenamiento. En estas piscinas, los lodos se revuelven constantemente. Según sea necesario, el lodo se bombea para tostarlo.

La mezcla cruda se cuece en hornos rotatorios (Fig. 2), que son cilindros soldados con un diámetro de 4 - 5 y una longitud de 150 - 185 m, revestidos desde el interior con un material refractario. El horno está ubicado en una ligera pendiente hacia el horizonte y gira lentamente alrededor de su eje. Los dosificadores alimentan los lodos hasta el extremo superior del horno. Debido a la rotación del horno y su inclinación hacia el horizonte, el material cocido se desplaza hacia el extremo inferior del horno. Los gases de combustión calientes se mueven hacia él, formados durante la combustión del combustible (carbón pulverizado, fuel oil, gas) suministrado a través de la boquilla en la parte inferior del horno.

Figura 2. Horno rotatorio de escoria de cemento

extractor de humo; 2 - alimentador para suministro de lodos; 3 - tambor; 4 - accionamiento 5 - inyector de combustible; 6 - refrigerador)

El lodo se lava con gases calientes y se seca, formando terrones. A medida que el material avanza a 500 - 750 °C, las sustancias orgánicas se queman y comienza la deshidratación: la liberación de agua químicamente unida del componente de arcilla, acompañada de una pérdida de plasticidad y propiedades de unión. Trozos de material se desintegran en polvo móvil. A 750 - 800°C y superiores, comienzan las reacciones en estado sólido entre sus constituyentes en el material. Su intensidad aumenta con el aumento de la temperatura. Hay una adhesión de partículas individuales del polvo y la formación de gránulos de diferentes tamaños. Al pasar por una zona con una temperatura de 900 - 1000 ° C, se produce la disociación de los carbonatos de calcio con la liberación de óxido de calcio y dióxido de carbono, que se lleva con los productos de combustión. El óxido de calcio CaO entra en interacción química con la alúmina, el óxido de hierro y la sílice. Las reacciones de enlace químico del CaO se desarrollan con bastante intensidad en estado sólido a 1200 - 1250 °C, con la formación de los siguientes compuestos químicos: 2CaOSiO2 (silicato dicálcico), 3CaOAl2O3 (aluminato tricálcico) y 4CaOAl2O3Fe2O3 (aluminoferrita tetracálcica). A temperaturas superiores a 1300 °C, el 3CaOAl2O3 y el 4CaOAl2O3Fe2O3 pasan a una masa fundida, en la que el CaO y el 2CaO SiO2 se disuelven parcialmente hasta que la solución se satura; en estado disuelto, reaccionan entre sí, formando silicato tricálcico 3CaO SiO2, el principal mineral del cemento Portland. El proceso de formación del silicato tricálcico, que se separa de la fase líquida en forma de cristales capaces de crecer, suele producirse en torno a los 1450 °C. Cuando la temperatura desciende a 1300 °C, la fase líquida se solidifica y finaliza el proceso de sinterización.

Clinker: gránulos de color verde grisáceo de 15 a 25 mm de tamaño para enfriar a 80 a 100 ° C, se envía al refrigerador, desde donde va al almacén, donde se conserva durante 1 a 2 semanas. Como resultado del envejecimiento, una pequeña cantidad de óxido de calcio libre contenido en el clinker se apaga con la humedad del aire, y la dureza de los granos de clinker también disminuye, lo que, a su vez, facilita su molienda y asegura cambios uniformes en el volumen de cemento. durante el endurecimiento.

El clinker se muele en molinos de bolas multicámara. En el proceso de molienda, se le agrega 2-5% de piedra de yeso para regular el tiempo de fraguado del cemento Portland y varios aditivos proporcionados por el proceso tecnológico. Desde los molinos de bolas, el cemento Portland se alimenta por transporte neumático a los silos, torres cilíndricas de hormigón armado con una capacidad de hasta 6000 toneladas cada una, donde el cemento envejece durante 10 a 14 días antes de enviarse al consumidor. Durante este tiempo, el cemento calentado durante la molienda se enfría y la cal libre que queda en él se enfría, lo que mejora las propiedades del cemento. Desde los silos, el cemento ingresa a las máquinas envasadoras para su envasado en bolsas de papel multicapa de 50 kg cada una o se envía a medios de transporte especialmente equipados por ferrocarril, carretera o agua.

El método seco para la producción de cemento Portland se utiliza cuando las materias primas son margas o mezclas de calizas sólidas y arcillas con un contenido de humedad de 8 a 10%. De acuerdo con este método, las materias primas después de la trituración y el secado preliminares se trituran conjuntamente en molinos de bolas. La harina cruda seca con un contenido de humedad residual de 1 - 2% se granula en granos de 20 - 40 mm de tamaño o se moldea agregando carbón molido en prensas mecánicas en briquetas.

Los gránulos se queman en intercambiadores de calor ciclónicos, calcinadores transportadores, hornos rotatorios y briquetas, en la mina. Las operaciones de producción adicionales se llevan a cabo en la misma secuencia que en el método húmedo.

Con el método seco, se consume mucho menos combustible para quemar clínker que con el método húmedo.

Junto con los principales métodos de producción discutidos anteriormente, recientemente se ha utilizado un método combinado que combina las ventajas de los métodos húmedo y seco. Su esencia radica en el hecho de que la mezcla cruda se prepara por vía húmeda, después de lo cual el lodo se deshidrata en instalaciones especiales y en forma de gránulos, como en el método seco, se cuece en hornos rotatorios.

Composición mineralógica del clinker. El clínker consta de los siguientes minerales principales del clínker: silicato tricálcico 3CaOSiO2 (alita), silicato dicálcico 2CaO. SiO2 (belita), aluminato tricálcico 3СаО. Al2O3, aluminoferrita tetracálcica 4CaOAl2O3 Fe2O3. Su abreviatura se usa a menudo: C3S, C2S, C3A y C4AF, respectivamente. El contenido de estos minerales en el clínker de cemento Portland suele oscilar entre: 40 - 65% C3S; 15 - 40% C2S; 2 - 15 % C3A y 10 - 20 % C4AF. Con un aumento en el contenido de los minerales anteriores, el cemento Portland recibe un nombre especial. Entonces, con un alto contenido de C3S (más del 56%), se llama alítico; C2S (más del 38%) - belítico; C3A (más del 12%) - aluminato, etc. Si el clinker contiene una cantidad mayor de dos minerales, se denomina respectivamente alitoaluminato, etc. Cada uno de los minerales del clinker tiene sus propias propiedades específicas.

El silicato tricálcico (alita) es un mineral reactivo, tiene una influencia decisiva en la resistencia y velocidad de endurecimiento del cemento. Su interacción con el agua se produce con una gran liberación de calor. Alit tiene la capacidad de endurecerse rápidamente y ganar alta resistencia, por lo tanto mayor contenido el silicato tricálcico asegura la producción de cemento Portland de alta calidad a partir de este clinker.

El silicato dicálcico (belita), mezclado con agua, se endurece lentamente en el período inicial, mientras que se libera muy poco calor. El producto de endurecimiento durante el primer mes tiene una resistencia baja, pero luego, en el transcurso de varios años, en condiciones favorables, su resistencia aumenta constantemente.

El aluminato tricálcico se caracteriza por una alta actividad química, en el primer día de endurecimiento libera la mayor cantidad de calor de hidratación y endurece rápidamente. Sin embargo, el producto de su endurecimiento tiene baja durabilidad y baja resistencia a los efectos de los compuestos de sulfato.

La aluminoferrita tetracálcica se caracteriza por una moderada liberación de calor, se endurece mucho más lentamente que la alita, pero más rápido que la belita. La fuerza de sus productos de hidratación es algo menor que la de la alita.

Teniendo datos sobre la composición mineralógica del clinker de cemento Portland y conociendo las propiedades de los minerales de clinker, es posible formarse una idea de antemano sobre las principales propiedades del cemento Portland y las características de su endurecimiento en diversas condiciones.

Endurecimiento del cemento Portland. Cuando el cemento portland se mezcla con agua, primero se forma una pasta plástica pegajosa de cemento, que luego se espesa gradualmente, convirtiéndose en un estado similar al de la piedra. El endurecimiento es el proceso de convertir la pasta de cemento en piedra de cemento.

Cuando el cemento Portland se mezcla con agua en el período inicial, los minerales de clinker se disuelven de la superficie de los granos de cemento, los minerales interactúan con el agua y se forma una solución saturada con respecto a los minerales de clinker. Al llegar a la saturación, la disolución de los minerales de clínker se detiene, pero continúan las reacciones entre ellos y el agua. Las reacciones de agregar agua a los minerales de clínker se denominan reacciones de hidratación, y las reacciones de descomposición de los minerales de clínker bajo la acción del agua en otros compuestos se denominan reacciones de hidrólisis.

En el segundo período, en una solución saturada, los minerales de clínker se hidratan en estado sólido, es decir, se agrega agua directamente a la fase sólida del aglutinante sin su disolución preliminar. Los productos de estas reacciones son neoplasias hidratadas en forma coloidal. El período de coloidal se acompaña de un aumento de la viscosidad de la pasta de cemento, lo que provoca el fraguado del cemento.

En el tercer período, tienen lugar los procesos de recristalización de las partículas coloidales más pequeñas de neoplasmas, es decir. disolución de las partículas más pequeñas y formación de cristales grandes. La cristalización va acompañada del endurecimiento de la pasta de cemento y un aumento de la resistencia de la piedra de cemento resultante.

La interacción de los minerales de clínker con el agua procede de acuerdo con las siguientes reacciones:

CaO. SiO2 + (n+1)H2O = 2CaO. SiO2. pH2O + Ca(OH)2;

2CaO. SiO2 + nH2O = 2CaO. SiO2. nH2O;

CaO. Al2O3. Fe2O3 + nH2O = 3CaO. Al2O3. 6H2O + CaO. Fe2O3(n - 6)H2O

Dado reacciones químicas muestran que, como resultado de la interacción de los minerales de clínker con el agua, se forman nuevos compuestos: hidrosilicatos, hidroaluminatos e hidroferritas de calcio. Los minerales C3S y C4AF, al interactuar con el agua, sufren hidrólisis, es decir, descomposición, y los minerales C2S y C3A se hidratan, es decir, se les agrega agua.

De acuerdo con la tasa de interacción con el agua, los minerales de clínker se organizan en la siguiente secuencia: C3A, C4AF, C3S y C2S. La tasa de hidratación de los minerales de clínker determina en gran medida la tasa de su endurecimiento. Cuanto más rápido se hidrata el mineral, más rápido se fija y se endurece.

En el caso del endurecimiento del cemento al aire, los procesos anteriores se complementan con la carbonización con hidróxido de calcio: Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O. Ocurre principalmente en la superficie de la piedra de cemento con la formación de una fina costra de carbonato de calcio, lo que aumenta la resistencia y fortaleza de la piedra de cemento.

Como resultado de los procesos de coloidalización, cristalización, compactación de neoplasmas de hidratos y carbonización, se forma una piedra de cemento fuerte. La resistencia de la piedra de cemento aumenta con bastante rapidez durante los primeros 3 a 7 días, luego, en el rango de 7 a 28 días, el aumento de la resistencia se ralentiza. El aumento adicional de la fuerza es relativamente pequeño, pero puede continuar durante muchos años, especialmente en un ambiente húmedo y cálido. En un ambiente seco oa temperaturas negativas, los procesos de endurecimiento de la piedra de cemento se detienen y el crecimiento de la resistencia se detiene. La piedra de cemento congelada tiene la capacidad de continuar ganando fuerza después de descongelarse.

El endurecimiento del cemento Portland se puede acelerar aumentando la temperatura ambiente e introduciendo productos químicos - aceleradores de endurecimiento (cloruro de calcio, cloruro de sodio, etc.) en una cantidad de 1 - 2% en peso de cemento.

El endurecimiento del cemento Portland va acompañado de la liberación de calor. Esta propiedad del cemento Portland es positiva cuando se hormigonan estructuras monolíticas en condiciones invernales y negativa en los casos en que el calentamiento de estructuras de hormigón macizo (presas, cimientos macizos, etc.) puede provocar fisuras por dilatación térmica en las mismas.

Propiedades del cemento portland. Las principales propiedades del cemento Portland incluyen la densidad promedio, la densidad real, la finura de la molienda, la demanda de agua, el tiempo de fraguado, la uniformidad del cambio de volumen y la resistencia.

La densidad promedio del cemento Portland en estado suelto es de 1000 - 1100 kg / m3, y en compactado - 1400 - 1700 kg / m3. La densidad real del cemento Portland es de 3,05 - 3,15 g/cm3.

La finura de la molienda de cemento se caracteriza por un residuo en un tamiz No. 008 (tamaño de malla a la luz de 0,08 mm) no más del 15% o una superficie específica: el tamaño de la superficie de los granos (en cm) en 1 g de cemento. La superficie específica del cemento Portland debe ser de 2500 - 3000 cm2/g. Con un aumento en la finura de la molienda de cemento a 4000 - 4500 cm2 / g, aumenta la tasa de endurecimiento y aumenta la resistencia de la piedra de cemento.

El requerimiento de agua del cemento Portland está determinado por la cantidad de agua (en %) que es necesaria para obtener una pasta de cemento de densidad normal, es decir, una plasticidad estándar dada.

La densidad normal de la pasta de cemento es su consistencia, en la que la aguja del dispositivo Vicat, al sumergirse, no llega al fondo (vidrio) del anillo de 5 a 7 mm. El requerimiento de agua del cemento Portland generalmente oscila entre el 22 y el 26 % y depende de la composición mineralógica y la finura de la molienda.

El tiempo de fraguado de la pasta de cemento de densidad normal se determina en el dispositivo Vicat según la profundidad de penetración de la aguja. El comienzo del fraguado debe ocurrir no antes de los 45 minutos, y el final del fraguado, no más tarde de las 10 horas desde el inicio de la mezcla. En el cemento Portland, generalmente el comienzo del fraguado ocurre después de 1 a 2 horas y el final, después de 4 a 6 horas. El tiempo de fraguado del cemento Portland se ve afectado por su composición mineralógica, la finura de la molienda y otros factores. La uniformidad del cambio en el volumen del cemento se establece sobre muestras-tortas hechas de pasta de cemento de densidad normal, hirviéndolas en agua y manteniéndolas al vapor. Se considera que el cemento es de buena calidad si no presenta grietas radiales que lleguen a los bordes o una red de pequeñas grietas visibles a través de una lupa o a simple vista, así como cualquier curvatura en la cara anterior de las tortas sometidas a la pruebas Una de las razones del cambio desigual en el volumen de la piedra de cemento durante el endurecimiento es la presencia de CaO y MgO libres en el cemento, que se hidratan con un aumento de volumen en la piedra de cemento ya endurecida, destruyéndola.

La fuerza del cemento Portland se caracteriza por su marca. El grado de cemento se determina de acuerdo con la resistencia a la flexión de muestras de prismas con un tamaño de 40x40xx160 mm y durante la compresión de sus mitades, hechas de un mortero de cemento y arena con una composición de 1: 3 (en peso) sobre arena Wolsky estándar con una relación agua-cemento A/C = 0,4 y ensayada a los 28 días. La resistencia a la compresión a la edad de 28 días se denomina actividad del cemento, y la marca del cemento se determina por su valor. Por ejemplo, si se establece una actividad de 43 MPa durante la prueba del cemento, entonces se refiere al grado 400.

Los cementos Portland se dividen en grados 400, 500, 550 y b00.

Corrosión de la piedra de cemento. Las estructuras de hormigón construidas con cemento Portland pueden estar sujetas a destrucción (corrosión) bajo la influencia de aguas naturales y líquidos agresivos. La destrucción suele comenzar con la piedra de cemento, por ser la más susceptible a la corrosión.

Hay tres tipos principales de corrosión de la piedra de cemento. La corrosión del primer tipo ocurre cuando el agua dulce que fluye (con baja dureza temporal) actúa sobre la piedra de cemento del concreto. Estas aguas disuelven y lavan el hidróxido de calcio liberado durante la hidrólisis del silicato tricálcico. Como resultado de esta acción de lixiviación del agua, aumenta la porosidad de la piedra de cemento y disminuye su resistencia, lo que, a su vez, conduce a la destrucción gradual del hormigón.

Para aumentar la resistencia de la piedra de cemento en aguas dulces, se recomienda introducir aditivos hidráulicos en el cemento Portland, que unen el hidróxido de calcio en compuestos poco solubles: hidrosilicatos de calcio.

La corrosión del segundo tipo ocurre cuando aguas mineralizadas que contienen compuestos químicos actúan sobre la piedra de cemento del concreto, los cuales entran en reacciones de intercambio con los componentes de la piedra de cemento. Los productos de reacción resultantes se disuelven fácilmente y son arrastrados por el agua o se aíslan en forma de una masa amorfa que no tiene propiedades aglutinantes.

El agua de mar, el agua de lagos salados y estuarios, así como algunas aguas subterráneas que contienen MgCl2, MgSO4, NaCl y otras sales, tienen un efecto destructivo sobre la piedra de cemento. Entonces, cuando el agua que contiene cloruro de magnesio se expone a la piedra de cemento, esta última interactúa con el hidróxido de calcio de la piedra de cemento:

Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2.

El cloruro de calcio formado como resultado de la reacción tiene buena solubilidad y se lava rápidamente del hormigón; el hidróxido de magnesio restante es una sustancia amorfa sin propiedades aglutinantes.

El agua subterránea natural normalmente contiene dióxido de carbono libre CO2 y sus sales, principalmente Ca(HCO3)2. Estas sales no son peligrosas para la piedra de cemento, pero el ácido carbónico libre (agresivo) la destruye. Primero, el dióxido de carbono disuelto interactúa con el hidróxido de calcio, formando carbonato de calcio escasamente soluble, que densifica la superficie de la piedra de cemento. Sin embargo, a un alto contenido en agua, el dióxido de carbono libre reacciona con el carbonato de calcio: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2. Como resultado, se forma bicarbonato de calcio, que es fácilmente soluble en agua, que se lava del hormigón.

Así, la principal causa de este tipo de corrosión es la presencia de hidróxido de calcio libre en la piedra de cemento. Por lo tanto, es necesario introducir aditivos minerales activos en la composición del cemento, que lo unen en compuestos poco solubles.

Como aditivos minerales activos para el cemento, se utilizan con mayor frecuencia trípoli, matraces, diatomeas, así como escoria granulada de alto horno, que también es capaz de unir hidróxido de calcio.

La corrosión del tercer tipo se produce cuando el agua sulfatada actúa sobre la piedra de cemento del hormigón. Los sulfatos CaSO4, MgSO4, Na2SO4, etc. forman parte de la mayoría de las aguas subterráneas naturales, así como de las aguas residuales. Como resultado de la reacción de intercambio de sulfatos con hidróxido de calcio, se forma sulfato de calcio dihidratado (yeso) en los poros de la piedra de cemento, que interactúa con el hidroaluminato de calcio:

2(СаSO4 2H2О) + 3CaO Al2О3 6H2O + 19N2О = ЗСаО Al2О3 3CaSO4 31N2О.

El hidrosulfoaluminato de calcio escasamente soluble que se forma en este caso, al cristalizar con una gran cantidad de agua, aumenta en volumen 2,5 veces, lo que conduce al agrietamiento del hormigón. Para evitar la corrosión por sulfatos del hormigón durante su preparación, se debe utilizar cemento Portland resistente a los sulfatos.

Las sales de los ácidos silícico, fluorosilícico y carbónico, las soluciones débiles de los álcalis, así como el aceite, la gasolina, el queroseno y otros productos derivados del petróleo son inofensivos para la piedra de cemento si no contienen residuos de ácido sulfúrico y una cantidad significativa de ácidos nafténicos.

La protección de la piedra de cemento contra la corrosión se lleva a cabo mediante el uso de cementos de cierta composición mineralógica, la introducción de la cantidad requerida de aditivos minerales activos, la creación de hormigón denso, así como el uso de revestimientos y revestimientos protectores. El aislamiento bituminoso, el revestimiento con películas de polímero, el revestimiento de vidrio y cerámica deben excluir el impacto de un ambiente agresivo en el concreto.

Aplicación de cemento Portland. El cemento Portland se utiliza como aglutinante en la fabricación de hormigón monolítico y prefabricado y hormigón armado. Los productos y estructuras fabricados con cemento Portland se pueden utilizar en condiciones aéreas, subterráneas y subacuáticas, así como en el caso de exposición alterna al agua y temperaturas negativas.

El cemento portland de baja calidad se utiliza para la preparación de morteros de albañilería y yeso. No debe estar hecho de estructuras de cemento Portland expuestas al agua de mar, mineralizada o incluso dulce, en movimiento o bajo fuerte presión. En estos casos, se recomienda utilizar cemento de tipo siático: cemento Portland puzolánico resistente a los sulfatos, cemento Portland de escoria, etc.

El cemento portland es un conglomerante escaso y de alta calidad, debe usarse con moderación, sustituyéndolo, donde sea técnicamente posible, por otros conglomerantes más económicos: cal, cementos mixtos, etc.

Variedades de cemento portland.

Actualmente, junto con el cemento Portland ordinario, se produce una gran cantidad de sus variedades: cementos Portland de endurecimiento rápido, plastificados, hidrófobos y resistentes a los sulfatos. Estos cementos se recomiendan sólo cuando sus propiedades especiales pueden aprovecharse al máximo.

Cemento Portland de fraguado rápido(BTC) se caracteriza por un aumento más intenso de la resistencia en los primeros 3 días de endurecimiento. El endurecimiento rápido del cemento se logra debido al contenido de minerales activos en el clinker (C3S + C3A = 60 - 65%), así como al aumentar la finura de la molienda del clinker a una superficie específica de 3500 - 4000 cm2 / g. En la molienda de BTC se permite introducir aditivos minerales activos (no más del 15%) o escorias granuladas de alto horno (hasta el 20% en peso de cemento).

Una variedad de BTC es un cemento Portland de endurecimiento especialmente rápido (OBTC), producido mediante la molienda fina de clínker que contiene hasta un 60 - 65 % de C3S y un máximo de 8 % de C3A, junto con la adición de yeso a una superficie específica de 4000 - 4500 cm2 / g y más. No se permite la introducción de aditivos minerales. OBTC se caracteriza por una alta velocidad de endurecimiento y altos grados 600 y 700.

Se recomienda el uso de cemento Portland de endurecimiento rápido grados 400 y 500 en la fabricación de productos y estructuras de hormigón prefabricado de alta resistencia, convencional y pretensado. Su uso reduce la duración del tratamiento de calor y humedad, acelera la rotación de las formas metálicas y, en algunos casos, incluso le permite abandonar el tratamiento de calor y humedad de los productos. Usando cemento Portland de endurecimiento rápido para la construcción de estructuras de hormigón monolíticas, es posible reducir significativamente el tiempo empleado en el encofrado. Además, debe utilizarse en trabajos de reparación y restauración, donde se requiera un rápido aumento de la resistencia del hormigón y mortero.

cemento portland plastificado(PPC) se obtiene triturando clínker de cemento Portland junto con yeso y aditivos plastificantes SDB en una cantidad de 0,15 - 0,25% en peso de cemento. Las marcas de este cemento son 400 y 500. El cemento Portland plastificado, en comparación con el cemento Portland común, le da a las mezclas de mortero y concreto una mayor plasticidad, resistencia a las heladas y resistencia al agua.

El uso de cemento Portland plastificado permite, debido a un aumento en la movilidad de las mezclas de concreto y una disminución en su demanda de agua, reducir el consumo de cemento en un promedio de 5 a 8%. El cemento Portland plastificado se recomienda para la preparación de hormigón utilizado en la construcción de carreteras, aeródromos e ingeniería hidráulica.

Cemento portland hidrófobo(HPC) se obtiene introduciendo un aditivo hidrófugo durante la molienda del clínker de cemento Portland en una cantidad de 0,1 - 0,3% en peso de cemento. Como aditivo hidrofóbico (repelente al agua), se utilizan sustancias orgánicas tensioactivas: jabón naft, asidol, ácidos grasos sintéticos, etc. Estas sustancias forman las películas hidrofugantes más delgadas sobre los granos de cemento que evitan que la humedad penetre en el grano, por lo tanto, el cemento Portland hidrofóbico retiene la fluidez incluso durante el almacenamiento a largo plazo y no pierde actividad. Las películas hidrofóbicas de los granos de cemento se eliminan fácilmente durante la mezcla del mortero y las mezclas de cemento, lo que garantiza el fraguado y el endurecimiento normales del cemento.

El cemento Portland hidrofóbico aumenta la movilidad de las mezclas de concreto, lo que a su vez conduce a un aumento en la resistencia al agua, la resistencia al agua y la resistencia a las heladas del concreto. El cemento Portland hidrófobo se utiliza en la construcción hidráulica, de carreteras y de aeródromos, así como en el transporte de mezclas de hormigón y mortero a largas distancias.

cemento portland resistente a los sulfatos(SPT) se fabrican mediante molienda fina a partir de clínker de la siguiente composición mineral: C3S - no más del 50 %, C3A - no más del 5 %, C3A + C4AF - no más del 22 %, MgO - 5 %. No se permite la introducción de aditivos minerales inertes y activos en el cemento. Con tal composición mineralógica del cemento, disminuye la posibilidad de formación de hidrosulfoaluminato de calcio, un bacilo del cemento, en la piedra de cemento (hormigón) bajo la acción de las aguas sulfatadas.

El cemento Portland resistente a los sulfatos se caracteriza por una mayor resistencia a los sulfatos, las heladas y el agua, una menor liberación de calor durante el fraguado y el endurecimiento, así como una intensidad de endurecimiento lenta en las etapas iniciales. Se produce su grado 400. Los requisitos restantes para este cemento son los mismos que para el cemento Portland ordinario.

El cemento Portland resistente a los sulfatos se utiliza para la fabricación de estructuras de hormigón y hormigón armado de las zonas exteriores de estructuras hidráulicas masivas que operan en condiciones de congelación y descongelación repetidas en agua dulce o de baja mineralización.

Cementos portland blancos y de colores se fabrican a partir de materias primas caracterizadas por un bajo contenido en óxidos colorantes (hierro, manganeso, cromo), de calizas puras, mármoles y arcillas caolín blancas.

El cemento Portland blanco se produce en los grados 400 y 500 y se divide en tres grados según el grado de blancura: BTs-1, BTs-2 y BTs-Z.

Los cementos portland coloreados se obtienen por trituración conjunta de clinker de cemento portland blanco con pigmentos resistentes a la luz y los álcalis (rojo plomo, ocre, ultramar, etc.).

Los cementos blancos y de colores se utilizan en obras arquitectónicas y de acabado, para obtener una capa texturizada. paneles de pared, así como para la fabricación de mármoles artificiales y revestimientos.

Cementos portland con aditivos minerales activos

Dentro de este grupo de ligantes hidráulicos se incluyen los cementos obtenidos por molienda conjunta de clínker de cemento Portland y un aditivo mineral activo o por mezcla completa de estos componentes después de la molienda por separado de cada uno de ellos.

Los aditivos minerales activos son sustancias que contienen principalmente sílice activa amorfa, que interactúa fácilmente con el hidróxido de calcio para formar hidrosilicatos de calcio poco solubles. Dado que el cemento Portland libera hidróxido de calcio durante el proceso de endurecimiento, que es soluble en agua y, por lo tanto, se puede lavar de la piedra de cemento, la presencia de un aditivo mineral en la composición del cemento Portland aumenta su resistencia al agua.

Los aditivos minerales activos se conocen desde la antigüedad. Incluso en la antigua Roma, se añadía ceniza volcánica - puzolana (llamada así por el lugar de los depósitos cerca de la ciudad de Pozzuoli en Italia) para impartir propiedades hidráulicas a la cal aérea. De ahí que llamaran a los aditivos activos de origen volcánico "puzolánicos" ya los cementos con estos aditivos "puzolánicos".

Los aditivos minerales activos se dividen en naturales (diatomita, tripolita, matraz, ceniza volcánica, piedra pómez, pistas, toba) y artificiales (escoria granulada de alto horno, cenizas de la combustión de lignito, turba, esquisto bituminoso, arcilla ligeramente quemada, gliezh , residuos de producción cerámica, etc.).

Entre los cementos de este grupo se distinguen el cemento con aditivos minerales, el cemento portland puzolánico, el cemento portland de escoria, el cemento portland resistente a los sulfatos con aditivos minerales y el cemento portland de escoria resistente a los sulfatos.

cemento portland con aditivos minerales obtenido por molienda conjunta de clínker de cemento Portland, aditivos minerales y yeso. Como aditivos se introducen escorias granuladas de alto horno o aditivos minerales activos de origen sedimentario, pero no más del 20% de la masa de cemento. Se permite introducir en el cemento aditivos tensoactivos plastificantes o hidrófugos durante su molturación, no más del 0,3% de la masa de cemento. El fraguado del cemento procede algo lento. A fechas tempranas el curado ralentiza ligeramente el conjunto de la fuerza. El cemento portland con aditivos minerales se produce en los grados 400, 500, 550 y 600.

Este cemento se utiliza con éxito en la preparación de hormigón en lugar del cemento Portland, excepto en los casos en que se requiere una alta resistencia a las heladas del hormigón.

Cemento portland puzolánico Se denomina aglutinante hidráulico obtenido por trituración fina conjunta de clínker de cemento, yeso y un aditivo mineral activo o por mezcla completa de estos materiales, triturados por separado.

El cemento Portland puzolánico se produce en los grados Z00 y 400. El color del cemento es claro; densidad en estado suelto 800 - 1000, en estado compactado - 1200 - 1600 kg / m3, demanda de agua 30 - 38%. El tiempo de fraguado, la finura de molienda y la uniformidad de cambio en el volumen del cemento Portland puzolánico son los mismos que los del cemento Portland ordinario.

El cemento Portland puzolánico se caracteriza por un aumento más lento de la resistencia durante el período inicial de endurecimiento en comparación con el cemento Portland elaborado con el mismo clinker. Sin embargo, después de 3-6 meses de fraguado en ambiente húmedo, los hormigones a base de cemento porland puzolánico alcanzan la misma resistencia que los hormigones a base de cemento portland.

El cemento Portland puzolánico libera menos calor durante el endurecimiento que el cemento Portland. Esta circunstancia hace posible el uso generalizado del cemento Portland puzolánico en el hormigonado de grandes macizos, por ejemplo, estructuras hidráulicas, donde las deformaciones térmicas de las estructuras son muy peligrosas. Sin embargo, a temperaturas inferiores a 10 ° C, su endurecimiento se ralentiza bruscamente e incluso se detiene por completo. Por el contrario, a temperaturas elevadas, el cemento Portland puzolánico se endurece más rápidamente que el cemento Portland. Por tanto, es recomendable someter los productos de hormigón a base de este cemento a un tratamiento térmico y de humedad en cámaras de vapor y autoclaves.

Los hormigones de cemento Portland puzolánico tienen mayor resistencia al agua e impermeabilidad que los cementos Portland. Sin embargo, el cemento Portland puzolánico no es resistente a las heladas, por lo que no se recomienda su uso en la construcción de estructuras sujetas a congelamiento y descongelamiento alternados.

El cemento Portland puzolánico se utiliza junto con el cemento Portland para la fabricación de productos y estructuras de hormigón y hormigón armado (tanto prefabricados como monolíticos). Debido a la mayor resistencia a los sulfatos, se utiliza para estructuras de hormigón y hormigón armado de partes submarinas y subterráneas de estructuras expuestas a aguas blandas y sulfatadas. Debe tenerse en cuenta que en condiciones de operación en seco, el endurecimiento del concreto sobre este cemento prácticamente se detiene, por lo tanto, durante las dos primeras semanas, el concreto debe humedecerse sistemáticamente y protegerse de la desecación.

cemento de escoria portland denominado ligante hidráulico obtenido por trituración conjunta de clínker de cemento Portland y escoria granulada de alto horno con la adición de una pequeña cantidad de yeso, introducido para regular el tiempo de fraguado y activar el endurecimiento de la escoria. El cemento de escoria Portland también se puede hacer mezclando el mismo materiales de origen pero triturados por separado. El contenido de escoria granulada de alto horno en el cemento de escoria Portland debe ser de al menos 21 y no más de 60% en peso de cemento.

El cemento de escoria Portland se produce en los grados Z00, 400 y 500. Es de color grisáceo con un tinte azulado, se diferencia de otros tipos de cemento en que contiene una gran cantidad de partículas metálicas detectadas por un imán. Su densidad en estado suelto es 1000 - 1300, y en estado compactado - 1400 - 1800 kg / m3, la densidad normal de la pasta de cemento es 26 - 30%; la finura de molienda y la uniformidad del cambio de volumen son las mismas que las del cemento Portland.

La liberación de calor del cemento de escoria Portland durante el endurecimiento es menor que la del cemento Portland, pero tiene mayor resistencia al calor, al agua y a los sulfatos. La resistencia a las heladas del cemento de escoria Portland es algo menor.

En el cemento de escoria Portland, en comparación con el cemento Portland, el aumento de la resistencia es algo más lento en los períodos iniciales de endurecimiento. En períodos más largos de endurecimiento, la resistencia aumenta y después de 2-3 meses supera la resistencia del cemento Portland de la misma marca. La ralentización del endurecimiento es especialmente pronunciada a bajas temperaturas, pero esto no es un obstáculo para el uso generalizado del cemento de escoria Portland, y un aumento de la temperatura con suficiente humedad ambiental acelera considerablemente el endurecimiento. Los hormigones a base de cemento de escoria Portland, sometidos a un tratamiento térmico y de humedad a 80 - 95 °C, obtienen mayor resistencia que los hormigones a base de cemento Portland del mismo grado, endureciéndose en las mismas condiciones.

Una variedad de cemento de escoria Portland es un cemento de escoria Portland de endurecimiento rápido, que se diferencia del habitual por un menor contenido de escoria granulada de alto horno (no más del 50%) y una mayor finura de molienda. El cemento de escoria Portland de endurecimiento rápido grado 400 se caracteriza por un aumento intensivo de la resistencia en el período inicial de endurecimiento, que se acelera especialmente en condiciones de tratamiento térmico y húmedo.

El cemento de escoria Portland se puede utilizar con éxito para la fabricación de productos y estructuras de hormigón prefabricado que se endurecen en cámaras de curado. Es recomendable el uso de cemento de escoria Portland en la construcción de talleres calientes y en estructuras hidráulicas sujetas a la agresión de los sulfatos. A partir de él, así como del cemento Portland puzolánico, se preparan morteros de mampostería y yeso. El cemento de escoria Portland no se recomienda para estructuras que están sujetas a los efectos sistemáticos de congelación y descongelación o humectación y secado alternados.

La producción en masa y el uso generalizado de cementos puzolánicos y cementos Portland de escoria pueden explicarse no solo por la presencia de una serie de propiedades positivas en comparación con el cemento Portland, sino también por su menor costo (entre un 15% y un 20%).

Entre cementos resistentes a los sulfatos Además del cemento Portland resistente a los sulfatos, según la composición del material, también se distinguen el cemento Portland resistente a los sulfatos con aditivos minerales y el cemento Portland de escoria resistente a los sulfatos.

El cemento portland resistente a los sulfatos con aditivos minerales se obtiene triturando clínker de cemento portland de composición mineralógica normalizada, aditivos minerales activos y yeso. En cemento, el contenido de escoria de alto horno granulada se permite al menos 10 - 20% de la masa de cemento y aditivos minerales activos de origen sedimentario (excepto gliège) al menos 5 - 10%.

El cemento de escoria Portland resistente a los sulfatos es un producto obtenido por trituración fina de clínker de cemento Portland de composición mineralógica normalizada, escoria de composición química normalizada (al menos 21-60 % en peso de cemento) y yeso.

La resistencia a las heladas de los cementos resistentes a los sulfatos es menor que la del cemento Portland resistente a los sulfatos, pero las aplicaciones son las mismas.

Cementos especiales

Este grupo de aglomerantes hidráulicos se diferencia mucho de los cementos hechos a base de clínker de cemento Portland por el tipo de materia prima, tecnología de producción, composición química y mineralógica, propiedades y áreas de aplicación. Incluye - cementos aluminosos, expansivos y que no se contraen, así como aglutinante de yeso-cemento-puzolánico.

El cemento aluminoso es un aglutinante hidráulico de endurecimiento rápido obtenido por trituración fina de una mezcla cruda rica en alúmina cocida a sinterización o fusión. Como materias primas para la producción de cemento aluminoso se utilizan calizas o calizas y rocas con alto contenido en alúmina Al2O3, como la bauxita. La composición mineralógica del cemento aluminoso se caracteriza por un alto contenido de aluminatos de calcio de bajo contenido básico, el principal de los cuales es el aluminato de calcio simple CaO Al2O3.

El cemento aluminoso tiene la apariencia de un polvo fino de color verde grisáceo, marrón o negro. Su densidad en estado suelto es 1000 - 1300, y en estado compactado - 1600 - 1800 kg / m3, la densidad normal suele ser 23 - 28%. La finura de molido es ligeramente mayor que la finura de molido del cemento Portland; al tamizar cemento aluminoso a través de un tamiz No. 008, debe pasar al menos el 90% de la muestra (en peso). Tiempo de fraguado del cemento aluminoso: inicio - no antes de 30 minutos, final - no más tarde de 12 horas desde el momento en que el cemento se mezcla con agua.

El proceso de endurecimiento del cemento aluminoso va acompañado de una importante liberación de calor, lo que limita su uso en estructuras de hormigón macizo, pero es muy útil en obras de construcción en invierno.

El cemento aluminoso se produce en los grados 400, 500 y 600. El grado del cemento se establece de acuerdo con la resistencia a la compresión de las muestras cúbicas a la edad de 3 días después del endurecimiento en condiciones normales. El cemento se caracteriza por un conjunto intensivo de resistencia en las etapas iniciales de endurecimiento: después de 24 horas, gana 80 - 90% de la resistencia de marca.

El hormigón sobre cemento aluminoso es impermeable, resistente al agua dulce y sulfatada y resistente a las heladas. Se endurecen bien en un ambiente húmedo al 15 - 20%. Cuando la temperatura sube por encima de los 25 °C, la resistencia del hormigón disminuye significativamente, por lo que los hormigones a base de cemento aluminoso no pueden someterse a vaporización y otros métodos de calentamiento artificial.El cemento aluminoso no puede mezclarse con cemento Portland, ya que esto reduce su resistencia.

El uso de cemento aluminoso está limitado por su alto costo (es 3-4 veces más caro que el cemento Portland). Se utiliza para reparaciones urgentes y trabajos de emergencia, trabajos en condiciones invernales, para estructuras de hormigón y hormigón armado expuestas a aguas altamente mineralizadas, para la producción de hormigón resistente al calor, así como para la fabricación de cementos expansivos y no retractiles.

Cementos expandibles y sin retracción difieren en la capacidad, cuando se endurecen en condiciones húmedas, de aumentar ligeramente de volumen o no encogerse. La industria produce cemento expansivo impermeable, cemento expansivo de yeso-aluminio, así como cemento impermeable que no se contrae.

El Cemento Expandible a Prueba de Agua (WRC) es un aglomerante hidráulico de fraguado y endurecimiento rápido que se obtiene al triturar y mezclar completamente cemento aluminoso molido, yeso e hidroaluminato de calcio altamente básico. El cemento se caracteriza por un fraguado rápido: el comienzo, antes de 4 minutos, el final, a más tardar 10 minutos desde el momento de la mezcla. La expansión lineal de muestras de pasta de cemento, endurecidas en agua durante 1 día, debe estar en el rango de 0,3 - 1%. La esencia física y química del proceso de expansión del cemento radica en el hecho de que, como resultado de la interacción de los aluminatos de calcio y el yeso, se forma aluminato de hidrosulfato de calcio, acompañado de un aumento de volumen.

El cemento expandible resistente al agua (VRC) se utiliza para calafatear e impermeabilizar costuras en tuberías, juntas de enchufe, crear revestimientos impermeabilizantes, sellar juntas y grietas en estructuras de hormigón armado, etc. No se puede utilizar en estructuras operadas a temperaturas superiores a 80°C.

El cemento impermeable sin contracción (WBC) es un aglutinante hidráulico de fraguado y endurecimiento rápidos que se obtiene mezclando íntimamente cemento aluminoso, yeso semiacuoso y cal apagada. El comienzo del fraguado del cemento debe ocurrir no antes de 1 minuto y el final, no más tarde de 5 minutos desde el momento de la mezcla. El valor de la expansión lineal relativa de muestras de pasta de cemento después de 1 día de su endurecimiento en agua debe estar en el rango de 0,01 - 0,1%.

El cemento se utiliza para la instalación de una cubierta de hormigón proyectado impermeabilizante de estructuras subterráneas de hormigón y hormigón armado operadas en condiciones de alta humedad (túneles, cimientos, etc.).

El ligante yeso-cemento-puzolánico (GTsPV) se obtiene mezclando 50 - 75 % de yeso semiacuoso (de construcción o de alta resistencia), 15 - 25 % de cemento Portland y 10 - 25 % de aditivos puzolánicos (hidráulicos). En lugar de cemento Portland, se recomienda utilizar cemento Portland puzolánico con la cantidad necesaria de aditivo activo, así como cemento Portland de escoria.

El aglutinante de yeso-cemento-puzolánico se produce en los grados 100 y 150. Se caracteriza por un rápido endurecimiento y una mayor resistencia al agua. La resistencia del hormigón en GTsPV 15 - 30 MPa, y ya después de 2 - 3 horas después de su preparación, la resistencia alcanza el 30 - 40% de la marca, el factor de ablandamiento es 0,6 - 0,8; resistencia a las heladas - 25 - 50 ciclos. Para acelerar el endurecimiento de los hormigones sobre el HCPV, se vaporizan a 70 - 80 °C, mientras que después de 5 - 8 horas la resistencia del hormigón alcanza el 70 - 90 % de la final.

El aglutinante de yeso-cemento-puzolánico se utiliza para la fabricación de paneles base para pisos, cabinas sanitarias, unidades de ventilación y otros productos.

Transporte y almacenamiento de cementos

Las bolsas de papel suelen transportar cementos Portland blancos y de colores, así como cementos aluminosos, impermeables, expansivos y que no se contraen.

Los cementos a granel se almacenan en silos o depósitos bunker separados por tipo, marca y lote de las distintas plantas. Está prohibido mezclar cementos de diferentes tipos y marcas durante el almacenamiento. El cemento en bolsas de papel se almacena en cobertizos de almacenamiento cerrados con un techo impermeable denso, paredes y piso de madera, elevados sobre el suelo por lo menos 30 cm Durante el transporte y el almacenamiento, es necesario proteger el cemento de la humedad y la obstrucción con impurezas extrañas. .

Durante el almacenamiento prolongado de cemento en un almacén, generalmente debido a la absorción de humedad del aire y la hidratación prematura, se produce su aglomeración y una disminución de la actividad. La actividad del cemento Portland disminuye después de 3 meses en un promedio de 15-20%, después de 6 meses, en un 20-30%, y los cementos Portland de endurecimiento rápido finamente molidos pierden su actividad mucho más rápido, por lo que grandes existencias de cemento en los almacenes de las obras de construcción y las empresas de la industria de la construcción son indeseables.

MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN DE MADERA

Información básica

La madera es un material importante ampliamente utilizado en la industria de la construcción, ya que tiene alta resistencia a baja densidad, baja conductividad térmica y facilidad de mecanizado. Al mismo tiempo, también hay desventajas en la madera: la naturaleza desigual de una serie de propiedades en diferentes direcciones, fácil descomposición e inflamabilidad, alta higroscopicidad y la presencia de una serie de defectos.

Dado que la madera ha subido significativamente de precio recientemente, es necesario utilizarla de forma económica y racional. A partir de desechos de madera: aserrín, virutas, astillas y losas de madera, arbolita, tableros de fibra, tableros de fibra y aglomerados, se fabrican productos de plástico de madera.

Un árbol consta de un tronco, una copa y raíces, y el tronco es la parte principal y más valiosa del árbol. La calidad de la madera como material depende de la estructura del tronco. La madera del tronco tiene una estructura heterogénea en varias direcciones. Al estudiar el tronco en una sección transversal, se distinguen las siguientes partes del tronco: corteza, cambium, madera y núcleo.

Figura 1. Sección final de un tronco de árbol

1 - corteza, 2 - cambium, 3 - albura, 4 - núcleo, 5 - núcleo)

Ladrar tiene una parte exterior - una cáscara, una parte media - una capa de corcho y una parte interior - un líber.

Madera- la masa principal del tronco. En la sección transversal de la madera se pueden distinguir anillos de crecimiento anual, que son más claros hacia la superficie del tronco y más oscuros en el centro. Cada capa anual consta de dos zonas: la luz interna, temprana, formada en primavera, y la oscura externa, tardía, formada al final del verano, llamada madera temprana y tardía, respectivamente. La madera temprana es más porosa y más débil que la madera de verano. Cuantas más capas de madera tardía, más fuerte es el material. En secciones transversales de roble, haya, arce y otras especies, son visibles líneas radiales estrechas, los llamados rayos centrales, dirigidos desde la corteza hacia la madera. En la madera de coníferas hay pasajes de resina ubicados en las direcciones longitudinal y transversal, la resina se concentra en ellos. La parte clara de la madera se llama albura y la parte oscura se llama núcleo. El núcleo, a diferencia de la albura, está formado por células muertas, no participa en los procesos fisiológicos, pero proporciona fuerza al árbol. Algunas especies de árboles no tienen núcleo (abedul, álamo temblón, aliso, tilo), se trata de albura. El resto, por ejemplo, - pino, roble, alerce, cedro - duramen.

cambio ubicado en una capa cilíndrica de una sola fila (en forma de anillo en una sección transversal), forma un líber en el exterior y madera en el interior.

Centro ubicado en el centro del tronco y corre a lo largo de toda su longitud; este es un tejido débil de la formación primaria, que se pudre fácilmente.

especies de árboles

coníferas más comúnmente utilizado en la construcción. Los más utilizados son: pino, alerce, abeto, abeto y cedro.

Pino: tiene un núcleo rosado o marrón rojizo y una albura de color blanco amarillento, tiene propiedades físicas, mecánicas y operativas mejoradas, se presta bien al procesamiento.

Alerce - su madera según apariencia se asemeja a la madera de pino, pero tiene mayor densidad y resistencia. Es muy resistente a la descomposición en condiciones de humedad variable, por lo que a menudo se usa en ingeniería hidráulica, estructuras subterráneas y para la fabricación de traviesas.

Abeto: su madera no es muy resinosa, por lo tanto, cuando se usa en lugares húmedos, se pudre rápidamente, por lo que debe usarse en condiciones secas.

El abeto tiene madera blanca, que se asemeja a la madera de abeto en apariencia, pero se distingue por la ausencia de pasajes de resina. Es incluso menos resistente a la descomposición que el abeto.

El cedro tiene una madera fuerte y bien trabajada, por lo que se usa con mayor frecuencia en carpintería y producción de muebles.

madera dura se utilizan con mucha menos frecuencia que las coníferas. De estos, los más comunes son: roble, fresno, haya y abedul.

El roble tiene una madera densa, dura y muy duradera de color amarillento y hermosa textura, se conserva bien en el aire y bajo el agua.

El fresno tiene una estructura de madera pesada, viscosa, dura y duradera que se asemeja a la madera de roble, pero de color más claro.

Haya: su madera es densa y duradera con un tinte rojizo. Se utiliza principalmente para la fabricación de carpintería y muebles de alta calidad.

El abedul tiene una madera dura, fuerte y viscosa con un tinte amarillento o rojizo, pero tiene una vida corta en condiciones de humedad y secado variables.

Propiedades físicas y mecánicas

La madera es un material anisotrópico con propiedades físicas y mecánicas muy diversas.

El color y la textura (patrón) de la madera son característicos de una raza en particular. El color depende de muchos factores, con el aumento de la edad del árbol aumenta la intensidad del color de la madera. El deslustre de la madera, la aparición de colores grises, verdes y azules es un signo de enfermedad.

La densidad real de la madera de todas las especies es aproximadamente la misma: 1,55 g / cm3.

La densidad media depende del tipo de madera, las condiciones de cultivo, la humedad y otros factores y oscila entre 0,37 y 0,7 g/cm3.

Humedad. Según el grado de humedad, la madera se distingue: mojado(flotante), recién cortado(humedad 35% o más), secar al aire(humedad 15 - 20%), habitación seca(humedad 8 - 12%) y absolutamente seco, secado en el laboratorio a peso constante a una temperatura de 100 - 105 0 C. Convencionalmente, el 12% de humedad se considera estándar, por lo tanto, los indicadores obtenidos al determinar la resistencia y la densidad deben reducirse a la humedad estándar. El aumento de la humedad de la madera conduce a la deformación, contracción y agrietamiento de las estructuras y piezas de madera y contribuye al daño de la madera por parte de diversos hongos.

Higroscopicidad: como resultado de los cambios en la humedad del ambiente, el contenido de humedad de la madera cambia todo el tiempo. La cantidad máxima de humedad en la madera en ausencia de humedad libre se denomina punto de saturación de la fibra o límite de higroscopicidad. Su valor para diferentes razas varía entre 25 - 35%.

La cantidad de contracción e hinchazón de la madera no es la misma en diferentes direcciones. La contracción lineal a lo largo de las fibras es del 0,1 al 0,3 %, en la dirección radial del 3 al 6 % y en la dirección tangencial del 6 al 12 %.

La conductividad térmica de la madera seca es insignificante - 0.171 - 0.28 W / (m 0 C), pero con un aumento en su humedad, aumenta la conductividad térmica.

La resistencia de la madera al estrés mecánico no es la misma en diferentes direcciones, además, depende del tipo de madera, su contenido de humedad y la presencia de defectos.

Valores medios de las propiedades mecánicas de la madera con un contenido de humedad del 12%:

Especie de maderaDensidad media, kg/m 3Resistencia a la tracción (MPa) a lo largo de las fibras en: tensión compresión flexión pino 5001104885 alerce 66012562105 abeto 4501204480 abeto 370704070 roble 70013058106 haya 67013056105 abedul 63012555110

La madera percibe bien la compresión a través de las fibras, cuando se dobla y estira, funciona bien a lo largo de las fibras.

Con un aumento en el contenido de humedad de la madera, su resistencia disminuye, especialmente durante la flexión estática y la compresión.

La presencia de defectos en la madera (nudos, sesgo, etc.) también perjudica significativamente sus propiedades mecánicas.

Con la exposición prolongada a ácidos y álcalis, la madera se destruye lentamente. La intensidad de la destrucción depende de la concentración de las soluciones. En agua de mar, la madera se conserva menos que en agua de río.

Corrosión de hierro fundido de acero de hogar abierto

defectos de la madera

Los defectos de la madera son tanto desviaciones en la madera asociadas con una violación de la forma externa del tronco del árbol como varios daños que afectan sus propiedades técnicas, etc. Los defectos de la madera reducen su grado y limitan su alcance. Se distinguen los siguientes grupos de defectos: nudos, grietas, irregularidades en la forma del tronco y la estructura de la madera, color anormal, podredumbre, daños por insectos.

Los nudos son las bases de las ramas encerradas en la madera del tronco. Violan la homogeneidad de la madera, dificultan el procesamiento y empeoran las propiedades mecánicas de la madera.

Los nudos pueden ser intercrecidos (en su totalidad o en parte) y no intercrecidos (cayendo duro, suelto y tabaco).

Figura 2. Tipos de nudos según el grado de fusión con la madera circundante (a - fusionado sano, b - fusionado córneo, c - caída)

Las grietas pueden estar tanto en un árbol en crecimiento como en un árbol talado como resultado de la compresión desigual de la madera durante el secado, las fluctuaciones bruscas de temperatura en invierno y otras razones. Las grietas, además de reducir el grado y las propiedades mecánicas, contribuyen a la formación de podredumbre. Las grietas son de los siguientes tipos: métricas, de pelado, grietas por heladas y grietas por contracción.

Fig. 3. Tipos de grietas (a - etiqueta cruzada, b - cáscara arqueada, c - agujero de escarcha, d - grietas por contracción_

metico- una o más grietas longitudinales que atraviesan el núcleo y se estrechan desde el centro hacia la periferia del tronco. Metic puede ser simple: una o dos grietas ubicadas a lo largo del diámetro, y las grietas cruzadas se ubican en ángulo entre sí, así como consonantes (con una grieta en el mismo plano) y discordantes, cuando la grieta va en forma helicoidal. Moda.

otlup- se trata de una fisura anular (desprendimiento completo) o de una fisura arqueada (desprendimiento parcial).

Morozoboína- una fisura longitudinal exterior, ancha en la parte exterior del tronco y estrechándose hacia su centro.

Grietas por contracción a menudo tienen una orientación radial y reducen drásticamente el grado de madera.

Desviaciones de la forma normal del tronco.

· curvatura (unilateral y polivalente);

· convergencia (una fuerte disminución en el grosor del tronco desde el trasero hasta la parte superior);

· buttiness (engrosamiento agudo del trasero);

· oblicuo (disposición helicoidal de las fibras en el tronco): perjudica en gran medida las propiedades mecánicas de la madera y contribuye a su contracción y deformación;

· tortuosidad - una disposición muy ondulada o enredada de fibras.

Ataque de hongos a la maderaocurre tanto en un árbol en crecimiento como en un almacén y en estructuras de madera. Las setas se desarrollan bien con alta humedad de la madera (20 - 60%), falta de ventilación y temperatura 0 - 60 0 C. A temperaturas negativas, los hongos no se desarrollan, pero tampoco mueren, mueren solo a temperaturas superiores a 60 0 Con y cuando la madera está bajo el agua.