Вяжущие строительные материалы

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОТКРЫТОГО УРОКА ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ

По предмету ОП.08 Строительные материалы и изделия

ТЕМА УРОКА: Вяжущие материалы.

Цель урока:

Обучающая: Изучить виды вяжущих, раскрыть их назначение, основные показатели качества, охарактеризовать возможность применения этих материалов.

Развивающая: Развивать умение и навыки самостоятельно овладевать новыми знаниями.

Воспитательная: Воспитывать у учащихся интерес к изучаемой теме, чувство ответственности, добросовестное отношение к труду.

Тип урока: комбинированный.

Оборудование: Интерактивная доска, проектор, презентация, плакаты, мини-конспект, карточки - задания, карточки-оценивания работы учащихся.

Ход урока:

1. Организационный момент (5 минут)

-проверка по списку;

-проверить готовность к уроку;

-проверить внешний вид студентов.

2. Сообщение темы, цели и задачи урока.

Цель нашего урока вспомнить сведения о разных видах вяжущего, конкретизировать и углубить знания о них, сравнить их и систематизировать.

3. Опрос учащихся:

1. Какие свойства материалов относятся к физическим?

2. Что собой представляет водопоглощение материала?

3. Что собой представляет морозостойкость материала?

4. Как характеризуются химические свойства материала?

5. Что собой представляют механические свойства материалов?
   
   
   

4. Изложение нового материала.

Кто первый придумал применять вяжущее, никто сегодня с точностью не скажет. Только дополнительно известно, что таким секретом владели еще древние римляне. На склонах Везувия они брали вулканический песок. Увлажняли его – и через несколько недель масса эта превращалась в
скалообразную породу. Песок с Везувия шел обычно на сооружение гаваней - римляне знали, что морская вода не только не размывает их рукотворную скалу, но делает ее даже прочнее.

Песок с Везувия назвали битумом. Чтобы экономить это первое в истории вяжущее, в битум стали добавлять кусочки обычного камня, и назвали эти добавки цементумом. Шли годы. И практически был утрачен способ изготовления искусственного камня. Рассказывают, что кое-где люди находили остатки каких-то непонятных сооружений. Одно из них, например, обнаружили под Кельном. Хотели использовать этот старый камень для новых построек, но камня в известном тогда представлении просто не нашли. Сколько ни исследовали стены, никак не могли обнаружить швов, кладку. Решили, что это творение не человеческих рук
и отступились от развалин. Но римский опыт не исчез бесследно. В античной литературе остались записи о чудесном песке с Везувия, советы, как его использовать. Нашлись и читатели древних книг. Потихоньку «бетум» и «цементус» снова стали возвращаться к людям. Надо только сказать, что сами эти названия со временем претерпевали различные смысловые изменения. Сначала «бетумом» стали называть и другие вяжущие. След этого остался, например, в названии «битум», широко используемом ныне при асфальтировании улиц. Потом «битумом», «бетоном» уже именовали смесь вяжущего с дробленым камнем. А сам дробленый камень утратил свое первоначальное название. «Цементумом», «цементом» вдруг стали называть все вяжущие. До наших времен дошли и остались в привычном, нам смысловом значении: бетон - водная смесь вяжущего с заполнителем и цемент -вяжущее. Но цемент в нашем понимании - не вяжущее вообще, а вполне определенный его вид. Мы знаем кроме него и много других.

Минеральными вяжущими называют порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой создают пластичную массу, которая легко формуется и постепенно твердеет до скалообразного состояния. В зависимости от отношения затвердевшего вяжущего к воде различают:

а) воздушные вяжущие - имеют способность твердеть и сохранять свою прочность лишь в воздушной среде. При намокании они утрачивают свою прочность. К этой группе относят глину, гипс, воздушную известь.

б) гидравлические - могут твердеть и сохранять свою прочность, как на воздухе, так и на воде. Для эффективного протекания процесса твердения необходимо, чтобы в твердеющем материале постоянно была влага, иначе процесс твердения останавливается. К ним относят гидравлическую известь, портландцемент и его разновидности.

Задание: «Мозговая атака».

ВОПРОСЫ	ДА	НЕТ
1. Применяют ли вяжущие материалы при кладке конструкций кирпича?	х
2. Являются ли вяжущие материалы основным компонентом любых бетонов?	х
3. Сохраняют ли свою прочность в воде воздушные вяжущие?		х
4. Имеет ли гипс наибольшую скорость твердения?	х
5.Твердеет ли известь, через несколько часов?		х
6.Схватывание — это обратимый процесс потери пластичности?
7. Можно ли транспортировать и укладывать смесь после начала их схватывания?		х
8. Какие вяжущие вещества принадлежат к гидравлическим? а) Гидравлическая известь б) Портландцемент в) Гипс г) Глина д) Воздушная известь	А Б
9. Через какое время после изготовления определяют марку портландцемента по прочности образцов? а) Через 2 часа б) Через 18 суток в) Через 28 суток	В

Глина

Глина - видимо первое вяжущее, использованное человеком в быту. С глиной было просто обращаться. С глиной было просто обращаться: затворил водой, нанес раствор куда следует - при кладке печей, обмазке дома и т.п. - и жди, пока подсохнет.

С давних времен человечеству известны целебные свойства глины. В IV веке до н.э. врач Гиппократ писал о пользе белой глины. Уже тогда при лечении кожных заболеваний её использовали как наружно, так и внутрь. Как оказалось, на этом ценном продукте не живут бактерии, она поглощает и выводит вредные токсины, загрязнение. Уникальные лечебные свойства глины объясняются еще и богатыми минеральными свойствами. В одних видах содержится много кремния в других алюминия или марганец. Кроме того, часто в число входит золото, серебро, медь, цинк, магний, железо и другие элементы таблицы Менделеева. Все эти вещества и обуславливают противовоспалительный, антисептический стимулирующий, отбеливающий и очищающий эффекты.

Предыстория

После распада державы Александра Македонского на Родосе закрепился Птолемей. После его утверждения в Египте он заключил с Родосом союз, контролирующий торговлю в восточном Средиземноморье. В 305 году до н. э. сын диадоха Антигона Одноглазого, Деметрий Македонский, высадился на Родосе с сорокатысячным войском. Продержав главный город острова в осаде целый год, несмотря на сооружение множества осадных орудий, он был вынужден отступить.

Народ Родоса решил продать брошенные осадные орудия и построить статую почитаемого ими бога Солнца Гелиоса, чтобы отблагодарить его за заступничество. Гелиос был не просто особо почитаемым божеством на острове — по легенде он был его создателем: не имея места, ему посвящённого, солнечный бог вынес остров на своих руках из морской глубины.

Строительство

Родоссцы заказали скульптору Харесу, ученику Лисиппа, статую в десять раз выше человеческого роста, то есть 18-метровую. Но затем жители города потребовали увеличить высоту статуи в два раза, добавив к заплаченной сумме столько же. Но этой суммы не хватило, так как при увеличении высоты вдвое объём материала увеличивается в восемь раз. Поэтому Харесу пришлось одолжить колоссальные суммы денег у близких, родственников и друзей.

Харес трудился над созданием двенадцать лет. Итоговая статуя представляла собой стройного юношу-бога с лучистым венцом на голове. Он стоял на белом мраморном постаменте, слегка отклонившись назад, и напряжённо всматривался вдаль. Статуя бога возвышалась прямо при входе в гавань Родоса и была видна с ближайших островов. Статуя была изготовлена из глины, в основе её был металлический каркас, а сверху она была покрыта бронзовыми листами.

Для работы над изображением бога непосредственно на месте его установки Харес использовал оригинальный приём: с постепенным возвышением скульптуры поднимался и земляной холм вокруг неё; холм был впоследствии срыт.

После окончания строительства Харес был полностью разорён и окружён кредиторами, поэтому покончил жизнь самоубийством.

На изготовление грандиозного монумента потребовалось 500 талантов бронзы и 300 талантов железа (соответственно около 13 и около 8 тонн). Колосс породил и своего рода моду на гигантские статуи, на Родосе уже во II веке до н. э. было установлено около ста колоссальных скульптур.

Гибель статуи

Колосс простоял чуть более 50 лет, пока статую не разрушило Родосское землетрясение, которое произошло в 226 или 227 году до н. э.^[2]. Египетский царь Птолемей III предложил оплатить восстановление статуи, однако дельфийский оракул запретил это делать, чтобы не разгневать бога Гелиоса. В результате родосцы в страхе перед божеством подчинились прорицанию и статуя осталась лежать на земле.

Как пишет Страбон, в его время «статуя лежала на земле, поверженная землетрясением и переломленная у коленей». Но и тогда Колосс вызывал удивление своими размерами. Плиний Старший упоминает, что лишь немногие могли обхватить обеими руками большой палец руки статуи (при соблюдении естественных пропорций человеческого тела это указывает на рост статуи в 200 футов или 60 м).

Обломки колосса пролежали на земле больше восьми столетий, пока, наконец, в 653 году арабы под предводительством полководца Муавии I не захватили Родос. Новые хозяева острова продали обломки древней статуи еврейскому купцу из Эдессы, который, как рассказывается в одной из хроник Феофана Исповедника, расплавил их на месте и вывез, нагрузив бронзовыми слитками 900 верблюдов^[4].

Возрождение Колосса Родосского

Предполагаемый внешний вид в атласе Малле «Описание Вселенной» (1683)

Не сохранилось ни одного «прижизненного» изображения Колосса. Неизвестна не только форма, но даже и точное место расположения статуи в древности. Многие изображения помещают её у входа в гавань Родоса, однако более достоверным выглядит её расположение внутри города или ближе к холмам, поскольку в гавани просто нет места для столь огромной статуи (это косвенно подтверждает история об искусственном холме вокруг статуи).

В ноябре 2008 года было объявлено о намерении реконструировать статую в виде светотехнической инсталляции^[5]. По словам руководителей проекта, конструкция должна была быть в несколько раз выше своего оригинала — от 60 до 100 метров. Бюджет проекта 200 миллионов евро, которые должны были быть выручены у международных спонсоров, а также из личных средств немецкого деятеля искусств Герта Хофа.

Другой проект был предложен в 2015 году группой учёных и инженеров. Статуя высотой 150 метров, по замыслу авторов, должна была содержать внутри себя дополнительную функциональность — культурный и развлекательный центр^[6][7].

Задание - составить схему связей между глиной и её применением.

(на интерактивной доске даны вопросы и ответы, необходимо выбрать правильный)

I.
1 . В чем основная особенность глин?

2. Выберите правильный вариант ответа:

Что добавляют к глине для получения облегченных керамических материалов?

а) ПОРИСТООБРАЗУЮЩИЕ ДОБАВКИ

б) песок, шлак.

в) угольный порошок.

II .
1.Что увеличивает пластичность глины?

2.Что является основой составляющих белых глин?

а) гидрослюда.

б) монморилонит

в) КАОЛИН

III.
1.Как называется способность глины приобретать определенную форму и сохранять её?

2.Что вводят в состав сырья для уменьшения усадки глины?

а) песок, шлак, зола. 
б) керамический бой. 
в) шамот.

IV.

1.Отчего зависит степень пластичности глины?

2. Какой недостаток глины?
V.
1. Можно ли применить пластичные жирные глины в чистом виде?

2.На какие группы делятся глины по огнестойкости?

Известь

Больших усилий требует известь. Трудно сказать, кто первый разработал технологию её получения. В литературе встречалось, что её применяли ещё древние греки, но позднее, чем появились их всемирно известные дворцы и храмы, такие как Парфенон в Афинах. Блоки этого здания не скреплены никаким раствором, а держаться прочно только за счет того, что с удивительной точностью подогнаны друг к другу.

У нас в стране первая штукатурка появилась в Киевской Руси, древнем Новгороде, Грузии - эти постройки относятся к XI - XII векам. Сначала штукатурили только храмы, потом общественные здания и, наконец, стали отделывать и жилые дома.

Исходным сырьем для получения извести как вяжущего, служит природный камень - известняк. Его обжигают и получают так называемую, известь-кипелку. Строители хорошо с ней знакомы. Её в виде белых комков привозят на площадки, чтобы потом затворить водой и получить известковое тесто или молоко - исходное сырье для известковых растворов.

В процессе обжига карбонатных пород получают:

1. Недожог - из-за низкой t0 плавления.

2. Пережог - из-за высокой t° плавления.

Куски обожженной извести (комковая известь размером 5-10см.) смешивают с

водой, этот процесс называется гашение.

СаО+Н2О Са(ОН)2 + 65КДж

При гашении выделяется тепло, которое резко повышает извести и воды и приводит к кипению. При гашении куски извести уменьшаются в объеме и распадаются на мелкие частицы.

Гипс

Ещё одно широко распространенное вяжущее - гипс. Получают гипс тоже из природного камня - это так называемый двуводный гипс. Его измельчают, нагревают, просеивают. Разная температура нагрева, степень помола дают возможность получить разное вяжущее. Если нагревают гипс до 150-200° С и просеивают через сито с 400 отверстиями на 1 см2, получают полуводный гипс,

или алебастр. Раствор алебастра самый быстросхватывающийся для начала его твердения достаточно 5 минут. Но полученное изделие непрочно.

Чтобы получить формовочный гипс (из которого делают в частности листы сухой штукатурки) нужен более тонкий помол. Здесь используют сито, в котором на 1см^2. приходится 900 отверстий.

Именно полуводный гипс применяют широко в строительной практике. Но кроме того, существуют и другие виды гипса – все дело в температуре обжига природного камня. Обжиг при 200-300°С дает гипс с меньшим сроком твердения, чем у алебастра, но при затвердении масса обладает более низкой прочностью.

Обжиг при 500-750°С дает безводный гипс, который вообще может не схватываться.

При 750-800°С начинает образовываться гидравлический гипс (эстрих-гипс), и если поднять температуру еще на 200°С, то получим нормальный гидравлический гипс, или его еще называют архитектурный или медицинский. Он очень медленно схватывается, но дает плотную и крепкую массу.

Цемент

Теперь о самом прочном вяжущем веществе - цементе. История его, как уже говорилось, уходит в глубь веков. Много он претерпевал превращений. Пока не стал таким, каким мы его знаем сегодня.

Из Древнего Рима перенесемся в XVIII век. В 1756 году английскому инженеру Смитону поручили построить маяк в таком месте, где море почти никогда не было спокойным. Смитон был для своего времени человеком высокообразованным. Он читал и древних авторов, откуда он знал об особых свойствах вулканических песков. Чем они обусловлены? Инженер принялся за исследования. И обнаружил, что здесь важную роль играют глина и известь.

Как говорится, лед тронулся. Всего через 40 лет после Смитона другой соотечественник, Паркер, тоже занявшийся исследованием древнеримских вяжущих, воскликнул: «Зачем прибегать к использованию последствий вулканических извержений? Достаточно смешать глину с известью и обжечь эту смесь. Дело даже проще: ведь в природе такая смесь существует». Действительно, любой геолог назовет вам ее - это мергель.

Паркер говорил, что ему удалось, наконец, раскрыть до конца тайну римлян. Он назвал полученное им вяжущее романским цементом.

В 1824 году появился портлэндский цемент. Это название дошло до наших дней, изменив лишь одну букву, и сегодня на стройках хорошо знают и широко применяют портландцемент. Изобрел его каменщик Джозеф Эспидин, который жил недалеко от города Портдэнда. Здесь издавна для строительных нужд использовали местный камень, Вот из него Эспидин и получил сероватый порошок. Раствор из него оказался отличный.

Попалась мне и еще одна легенда об «изобретении» цемента. Рассказывают, что при гашении извести-кипелки, попадались такие «непослушные глыбы», которые никак не хотели растворяться. Их просто выбрасывали, пока кому-то не пришло в голову раздробить их в порошок и замешать на нем раствор. И - о чудо! - раствор оказался .во много раз лучше известкового, полученного обычным способом. Затвердев, он давал значительно более прочный искусственный камень. Задумались в чем же тут дело? Может быть, эти комки как-то не так обжигали? Стали экспериментировать. Оказалось, если известняк нагреть до спекания в твердое
тело (его назвали клинкером), а потом измельчить. То получается отличное вяжущее - цемент. Вскоре научились производить цементы различных свойств. Для этого известняк обжигали в печах. Добавляли к нему различные минералы.

Набор этих минералов определяет свойства цемента.

Но подбором нужного состава клинкера еще не заканчивается определение свойств будущего цемента. Последнее слово скажет помол. Чем тоньше он, тем лучшего качества будет вяжущее. Для цементов марок 200, 250, 300 нужно сито, где на 1см2 приходится 4900 отверстий и через него проходит не менее 85% взятой пробы. Арки 500, 600 пропускают через сито с 9000 отверстий. Трудно даже представить себе такую тонкую пыль. Мне как-то попалось сообщение о том, что знаменитую французскую пудру «Коти», считающуюся самой тонкой, просеивают через сито с 4000 отверстий. Куда ей за нашим батюшкой - цементом

угнаться!

5. Закрепление нового материала:

Строительный диктант:

Нужно закончить предложение.

1. Портландцемент - один из основных строительных материалов без которого невозможно получить что? (бетон, ж/бетон, прочную штукатурку)

2.Портландцемент гидравлическое вяжущее, твердеющее где? ( на воздухе, в воде) .

3.Портландцемент обладает такими свойствами? Какими?

4. Тонкость помола характеризуется, чем? (кол-ом проходящего цемента через сито) .

5. Прочность портландцемента характеризуется, чем?
(маркой)

6 . При смешивании портландцемента с водой образуется,
какая смесь? (гелеобразная смесь).

7.Твердение портландцемента сопровождается, чем?
(выделением тепла)

8. Чтобы повысить стойкость цементного камня против коррозии, что необходимо? (к цементу добавить активные минеральные добавки) .

9. Портландцементный клинкер получают, каким способом?
( обжигом до спекания сырьевой массы) .

6. Подвести итог урока, выставить оценки с комментариями.

7. Задание на дом: Смирнов В.А. пар.5.1

Мозговой штурм

Студент группы 209__________________________________

Ф.И.

ВОПРОСЫ	ДА	НЕТ
1. Применяют ли вяжущие материалы при кладке конструкций кирпича?
2. Являются ли вяжущие материалы основным компонентом любых бетонов?
3. Сохраняют ли свою прочность в воде воздушные вяжущие?
4. Имеет ли гипс наибольшую скорость твердения?
5.Твердеет ли известь, через несколько часов?
6.Схватывание — это обратимый процесс потери пластичности?
7. Можно ли транспортировать и укладывать смесь после начала их схватывания?
8. Какие вяжущие вещества принадлежат к гидравлическим? а) Гидравлическая известь б) Портландцемент в) Гипс г) Глина д) Воздушная известь
9. Через какое время после изготовления определяют марку портландцемента по прочности образцов? а) Через 2 часа б) Через 18 суток в) Через 28 суток

Задание - составить схему связей между глиной и её применением.

(на интерактивной доске даны вопросы и ответы, необходимо выбрать правильный)

I.
1 . В чем основная особенность глин?

2. Выберите правильный вариант ответа:

Что добавляют к глине для получения облегченных керамических материалов?

а) ПОРИСТООБРАЗУЮЩИЕ ДОБАВКИ

б) песок, шлак.

в) угольный порошок.

II .
1.Что увеличивает пластичность глины?

2.Что является основой составляющих белых глин?

а) гидрослюда.

б) монморилонит

в) КАОЛИН

III.
1.Как называется способность глины приобретать определенную форму и сохранять её?

2.Что вводят в состав сырья для уменьшения усадки глины?

а) песок, шлак, зола. 
б) керамический бой. 
в) шамот.

IV.

1.Отчего зависит степень пластичности глины?

2. Какой недостаток глины?
V.
1. Можно ли применить пластичные жирные глины в чистом виде?

2.На какие группы делятся глины по огнестойкости?