Тема: Основные свойства строительных материалов

НТУУ «КПИ»

Конспект лекции

По строительному материалу

Киев – 2011

Лекция № 1

Тема: Основные свойства строительных материалов

 

Прежде чем применить тот или другой материал в строительстве, нужно знать его физико-механические свойства, художественно-декоративные качества и учитывать те условия, в которых материал будет работать в строительной конструкции.

Основные свойства строительных материалов можно разделить на несколько групп.

К первой группе свойств относят физические свойства материалов: удельный вес , объемный вес , плотность , и пористость . От них в большей степени зависят другие важные в строительном отношении свойств строительных материалов.

Вторую группу составляют свойства, характеризующие отношение строительного материала к действию воды и мороза: водопоглащение, влажность, влагоотдачи, гигроскопичность, водопроницаемость, водо- и морозостойкость.

К третьей группе относят механические свойства материалов: прочность, твердость, хрупкость, пластичность, истираемость и др.

В четвертую группу объедены свойства, характеризующие отношение материалов к действию тепла: теплопроводность, теплоемкость, огнестойкость, огнеупорность и т.д.

Специальные группы – сопротивление к действию кислот, щелочей, солей, газов, т.е. химические или коррозийные стойкости.

Особые группы – технологические свойства, механическая обработка, формования и т.д.

Лекция № 2

Тема: Природные каменные материалы

 

Общие сведенья. Природные каменные материалы очень широко применяются в строительстве, благодаря своим высоким и разнообразным строительным качествам. Большинство природных каменных материалов обладает такими качествами: высокой прочностью, долговечностью, морозостойкостью и прочими необходимыми строительным материалам. Красивая текстура многих каменных материалов (мраморы, граниты, габбро, и др.) в сочетании с высокими прочностными характеристиками делает их незаменимым облицовочным материалом во всех капитальных зданиях и инженерных сооружениях. В наиболее ответственных инженерных сооружениях (например, при строительстве мостовых опор) применяют особенно прочные каменные материалы – граниты, диабазы и базальты.

Природные каменные материалы получают из горных пород. Горной породой называется минеральная масса, состоящая в основном из одного минерала или нескольких минералов.

Минералом называют вещество, представляющее собой химический элемент, химическое соединение или смесь таких соединений.

К минералам относят, например, алмаз, кварц, полевые шпаты и др.

 

Классификация горных пород

 

Различают три вида горных пород: первичные или изверженные; вторичные или осадочные; видоизмененные или метаморфические.

Первичные породы образовались из огненно-жидкой массы (магмы), излившейся из глубин Земли и при застывании затвердевшей; вторичные породы образовались в результате процесса разрушения изверженных и других пород под воздействием воды, ветра и температуры. Продукты разрушения, перемещаемые водными потоками на значительные расстояния, осаждались в местах слабого течения воды – морях и озерах – в виде пластов.

Таблица 1 – Генетическая классификация горных пород

Магматические породы	Массивные	Глубинные	Граниты, сиениты, диориты, габбро
Излившиеся (поверхностные)	Порфиры, диабазы, трахиты, базальты, порфириты, андезиты
Обломочные	Рыхлые	Вулканические пеплы, пемзы
Цементированные	Вулканические туфы
Осадочные породы	Химические осадки		Гипс, ангидрит, магнезит, доломиты, известняковые туфы
Органогенные отложения		Известняк, мел, ракушечник, диатомиты, трепелы
Механические отложения (обломочные породы)	Рыхлые	Глины, пески, гравий
Цементированные	Песчаники, конгломераты, брекчии
Метаморфические (видоизмененные)	Продукты видоизменения изверженных пород	Гнейсы
Продукты видоизменения осадочных пород	Мраморы, кварциты

 

Видоизмененные породы образовались в результате глубинных изменений изверженных и осадочных пород под воздействием очень больших давлений и высоких температур.

Породообразующие минералы

Среди большого разнообразия природных материалов только часть их участвует в образовании горных пород. К числу этих минералов, называемых породообразуемыми, относятся кварц, полевые шпаты, слюди, карбонаты, сульфаты и железистомагнезиальные минералы.

Кварц – самый распространенный минерал земной коры: он встречается в виде кварцевого песка, кварцевого стекла, горного хрусталя, а также входит в состав многих горных пород.

Кварц (кремнезем – ) является одним из прочнейших минералов – прочность его при сжатии достигает 2000 МПа; твердость кварца равна 7; удельный вес частицы 26,5 Н/см³. Химическая стойкость высокая. Плавление кварца происходит при 1710 °С; при быстром остывании расплава образуется кварцевое стекло с удельным весом частицы – 23 Н/см³.

Глинозем () занимает в составе земной коры второе место после кремнезема.

Глинозем, который находится в свободном состоянии и имеет название корунд является одним из наиболее твердых минералов и занимает 9-е место по шкале твердости, то есть непосредственно перед алмазом. Благодаря высокой твердости корунд является красивым абразивным материалом и широко применяется для измельчения и стирания других материалов.

Диаспор также является глиноземистым материалом. Это моногидрат глинозема, который содержит 85 % . Он входит в состав бокситов – тонкодисперсных горных пород, обычно красного или фиолетового цвета. В составе диаспора много глинозема – от 40 до 80 %, поэтому его используют как сырье при производстве глиноземистого цемента.

Полевые шпаты. Характерная особенность всех полевых шпатов – хорошо выраженная спайность по двум направлениями. В зависимости от угла, под которым пересекаются направления спайности (прямой или близкий к нему), различают полевые шпаты: ортоклаз, который называют также калиевым полевым шпатом (), и плагиоклаз. Последний подразделяют на альбит, или натриевый полевой шпат () и анортит, или кальциевый полевой шпат ().

Полевые шпаты имеют белый, красный разных оттенков, серый или желтоватый цвет.

Удельный вес частички – 25,5–27,6 Н/см³, твердость по шкале твердости – 6, граница прочности при сжимании намного меньшее чем у кварца – от 120 до 170 МПа. Плавятся они при температуре от 1170 до 1550 °С. Применяют полевые шпаты при изготовлении фаянсовых изделий, облицовочных плиток и санитарно-технической керамики.

Слюды – это водные алюмосиликаты сложного и разнообразного состава. Характерной особенностью слюд есть легкая расщепляемость их на тонкие, гибкие и упругие листочки и пластинки. Твердость слюд находится в границах 2–3 по шкале твердости.

Наиболее часто встречаются следующие виды слюд:

1. Мусковит, с удельным весом частички – 27,6–31 Н/см³, светлая, прозрачная, тугоплавкая, химически стойкая слюда.

2. Водный алюмосиликат – каолинит () представляет собой продукт выветривания изверженных и метаморфических горных пород. Удельный вес частички каолинита – 26 Н/см³.

Минералы, которые входят в группу железо-магнезиальных силикатов, имеют темную окраску, вследствие чего их часто называют темноокрашенными минералами. Их удельный вес частички больше, чем у других силикатов и составляет 30-36 Н/см³; их твердость находится в границах от 5,5 до 7,5; они имеют значительную ударную вязкость.

Минералы этой группы при значительном содержании их в горных породах придают последним темный цвет и большую вязкость, то есть повышенную сопротивляемость удару.

Наиболее широкое распространение получили пироксены, амфиболы и оливин.

Пироксены. Наиболее часто встречаются глиноземные пироксены – авгиты.

Амфиболы, к которым относятся роговые обманки,– типичный минерал изверженных пород.

Оливин – минерал зеленого цвета, выделяется небольшой стойкостью: под действием разнообразных реагентов, которые обычно встречаются в природе – кислорода, двуокиси углерода и воды – он изменяется. В результате присоединения воды оливин увеличивается в объеме, переходя в змеевик, или серпентин.

Карбонаты. В особенности часто встречаются в осадочных горных породах. Важнейшим из этой группы минералов является кальцит, магнезит и доломит.

Кальцит или известняковый шпат кристаллического строения, образовывает породы с разными размерами зерен – крупнозернистые, среднезернистые и мелкозернистые. Кальцит плохо растворяется в воде (всего 0,03 г в 1 л), но быстро реагирует с кислотами. Так, под действием 10%-го _раствора соляной кислоты на кальцит, возникает "закипание" со значительным выделением .

Содержимое двуокиси углерода в воде резко повышает растворимость кальцита, так как при этом получается кислый углекислый кальцит , растворимость которого приблизительно в 100 раз большее, чем у .

Твердость кальцита по шкале твердости равна 3, удельный вес частички – 27 Н/см³.

Магнезит встречается в природе значительно реже, чем кальцит, обычно в виде землистых или плотных агрегатов, которые имеют скрытокристаллическую структуру.

Доломит представляет собой двойную углекислую соль магния и кальция – . Физические свойства аналогичны магнезиту.

Сульфаты часто встречаются в осадочных породах. Важнейшими сульфатными минералами являются гипс и ангидрит.

 

 

Лекция № 3

Тема: Изверженные породы

 

Изверженные горные породы, называемые также магматическими, подразделяют на глубинные и излившиеся.

Глубинные породы образовались в процессе медленного остывания магмы на большой глубине от поверхности Земли при очень высокой температуре и высоком давлении. Медленное остывание магмы способствовало образованию крупных зерен различных минералов и прочно сцепленных между собой без всякого цементирующего вещества. Прочность сцепления зерен глубинных пород настолько велика, что при испытании на сжатие они разрушаются по самим зернам, а не по поверхностям сцепления. Структура таких пород называется гранитной.

Излившиеся породы образовались в результате более быстрого охлаждения магмы. излившейся в виде лавы на поверхность Земли или близко к поверхности в виде жил. Первые носят название новейших пород, вторые – древних. Быстрое остывание магмы при температурах и давлении мало отличающихся от существовавшей на поверхности Земли, препятствовало образованию крупных зерен пород. Поэтому новейшие излившиеся породы имеют скрытокристаллическую или амфорную, стекловидную структуру. Для древних излившихся пород характерна так называемая порфировая структура, где в массу мелких зерен включены крупные "вкрапленники".

Каждой глубинной горной породе соответствует излившаяся магма одинакового химического и минералогического состава.

Главной составной частью изверженных пород является кремнезем , в зависимости от содержания которого эти породы подразделяют на кислые (> 65 % ), средние (65–55 % ) и основные (< 55 % ).

Представителями глубинных пород широко применяющимися в строительстве являются: граниты, сиениты, лабрадорит, габбро и диорит.

Гранит является сложной кислой породой, одной из самых распространенных в земной коре. Состав гранита приблизительно такой: калиевого полевого шпата – (ортоклаза) – 40–70 %; кварца – 20–40 % и слюды – 5–20 %. Цвет гранита чаще всего бывает серый, серо-голубой и темно-красный.

Идеальный (объемный) вес гранита – 26–27 кН/м³; предел прочности при сжатии колеблется в пределах от 100 до 250 МПа и выше. Прочность при растя жении его составляет только от 1/40 до 1/60 предела прочности при сжатии.

По размерам зерен граниты делят на мелко-, средне- и крупнозернистые. Лучше сопротивляются механическим воздействиям мелкозернистые, чем средне- и крупнозернистые.

Благодаря невысокой пористости и малому водопоглощению (до 0,9 %) граниты морозостойки и выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания. Граниты хорошо обрабатываются – обтесываются, шлифуются и полируются.

Месторождения гранитов имеются на Украине, в Крыму, на Кавказе, на Уралe, в Сибири и т. д.

Сиенит отличается от гранита тем, что не содержит кварца; поэтому общее содержание в нем меньше, чем в граните. Внешне сиенит напоминает граниты, но в нем менее отчетливо выражена зернистость, причем окраска его более темная. По прочности сиенит весьма близок к граниту, но менее стоек против выветривания.

Месторождения сиенита имеются на Урале, Украине и на Кавказе.

Габбро состоит из полевых шпатов (до 50 %), авгита и оливина. Структура габбро гранитная, цвет серый, темно-зеленоватый, коричнево-зеленый, черный. Удельный (объемный) вес – 29–33 кН/м³, предел прочности при сжатии – от 200 до 350 МПа. Габбро применяют для облицовки и для приготовления щебня.

Месторождения габбро имеются на Урале, Украине, Кавказе и т.д.

Лабрадорит – порода из семейства габбро, основной частью которой служит минерал Лабрадор, обладающий характерной для него иризацией – яркими переливами цветов: синего, голубого, зеленого, золотистого и др.

Лабрадорит используют в строительстве в качестве ценного и красивого облицовочного камня.

Богатое месторождение лабрадорита в Украине.

Диорит – зернистая массивная порода, состоящая на 75 % из полевых шпатов, слюды и кварца. Цвет диорита серый или темно-зеленый. Удельный (объемный) вес – 28–30 кН/м³, предел прочности при сжатии – 150–280 МПа. Диорит обладает весьма высокой вязкостью, хорошо полируется и стоек к выветриванию. Применяют его в основном для покрытия дорог и для облицовки.

Месторождения диорита известны в Карелии, на Урале, в Сибири, на Украине, в Крыму и на Кавказе.

Трахит, являющийся аналогом сиенита, представляет собой горную породу пористой структуры. Химический состав трахита такой же как у сиенита, но различного строения кристаллов. Трахит обладает невысокой прочностью при сжатии – 50–90 МПа. Окраска трахита – светло-желтая или серая. Удельный (объемный) вес 22 кН/м³. Используют трахит как заполнитель легкого бетона.

Андезит – аналог диорита, имеет черный цвет, удельный (объемный) вес – 22–27 кН/м³, предел прочности при сжатии – от 60 до 240 МПа. Более плотные и кислые андезиты применяют как кислотостойкий материал в виде облицовки.

Базальт по минералогическому и химическому составу является аналогом габбро. Структуру он имеет скрытокристаллическую с небольшим количеством вулканического стекла. Окрашен базальт в темный, иногда почти черный цвет. Благодаря большой плотности удельный вес в плотном состоянии его близок к объемному и колеблется в пер делах 27–33 кН/м³.

Вследствие высокой прочности при истирании и при сжатии (до 500 МПа), а также большой твердости базальт применяют как материал для дорожных покрытий.

Плавленый базальт, имеющий весьма высокую прочность при сжатии (до 800 МПа), применяют для изготовления кислотоупорных изделий.

Порфиры подразделяют на кварцевый порфир – аналог гранита, бескварцевый порфир – аналог сиенита и порфирит – аналог диорита. Порфиры значительно слабее сопротивляются истиранию, чем глубинные породы, удельный (объемный) вес порфиров 24–26 кН/м³, прочность при сжатии – 130–180 МПа.

Диабаз является аналогом габбро. Это – горная порода с зернами разной крупности темно-серого или зеленовато-черного цвета. Прочность его при сжатии в среднем 180–260 МПа, в отдельных случаях до 450 МПа. Обладающий большой вязкостью и сравнительно малой истираемостью диабаз применяют для изготовления каменных материалов для дорог и в качестве сырья для каменного литья.

Из расплавленного диабаза отливают при 1200–1350 °С различные изделия, учитывая стойкость плавленого диабаза к кислотам и щелочам, а также его высокие диэлектрические свойства. Прочность плавленого диабаза при сжатии возрастает до 500 МПа. Удельный (объемный) вес диабаза 28–30 кН/м³.

Пемза – весьма пористая порода: до 80 % объема её занимают поры. По структуре –это вулканическое стекло, которое образовалось при быстром охлаждении лавы на воздухе, сопровождавшемся бурным выделением из неё газов. Состоит пемза из кремнезема до 70% и глинозема до 15 %, остальные могут быть разные минералы. Цвет пемзы – серый или темно-серый. Удельный (объемный) вес пемзы в россыпи 5 кН/м³, а в куске 4–14 кН/м³. Пемза морозостойка и негигроскопична. Коэффициент теплопроводности низкий, поэтому применяется как теплоизоляционный материал.

Вулканические туфы – пористые породы, получившиеся в процессе уплотнения вулканического пепла. Туфы и пемзу используют в тонкоизмельченном виде в качестве добавок к цементу и извести.

Удельный (объемный) вес в куске 7,5–13,5 кН/м³. Пористость – 40–70 %, предел прочности при сжатии 8–19 МПа. Коэффициент теплопроводности низкий, что позволяет использовать как теплоизоляционный материал.

 

Осадочные горные породы

 

Материалом для образования осадочных пород послужили продукты разрушения горных пород различного происхождения.

Горные породы разрушаются в результате выветривания. Важнейшими факторами выветривания являются вода, ветер, температурные изменения. Вода, проникая, в трещины постепенно размывает и растворяет составные части горных пород, а при замерзании вследствие увеличения в объеме разрушает их.

В результате резких температурных изменений монолитность горных пород нарушается, они растрескиваются и происходит отделение кусков. Ветер выдувает и уносит частицы разрушенных пород. Продукты разрушения переносятся ветром и особенно текущей водой на различные расстояния.

Выветривание проявляется не только в виде физических процессов, но и как результат взаимодействия составных частей горных пород с различными веществами, находящимися в атмосфере (химическое разрушение). Так полевые шпаты под действием воды и углекислого газа разрушаются образуя минерал каолинит:

Осаждение и накопление продуктов разрушения приводит к образованию осадочных пород.

Осадочные породы делятся на следующие группы: обломочные (механические осадки), химические и органогенные.

 

Обломочные породы

Рыхлые обломочные породы, в соответствии с размерами обломков, подразделяют на крупнообломочные, среднеобломочные, мелкообломочные и тонкообломочные. К первым относят гравий и крупные пески с размером зерен более 2 мм; ко вторым – пески с размером зерен от 0,1 до 2 мм; к третьим пылеватые частицы размером 0,01–0,1 мм.

Тонкообломочные породы – это глины, ил, тончайшие отложения, нанесенные водой и лесс, представляющий собой нанесенные ветром отложения мельчайших зерен кварца, известняка и прочих минералов.

Обломочные породы, частицы которых связаны между собой каким-либо минеральным веществом, называют цементированными породами.

Для строительных целей чаще всего применяют из этой группы песчаники, представставляющие собой цементированные кварцевые пески. Кремнистые песчаники обладают коэффициентом прочности при сжатии до 250 МПа, удельный (объемный) вес до 27 кН/м³.

 

Органогенные породы

Органогенные породы образовались в результате жизнедеятельности и отмирания организмов, находящихся в морских и пресных водах. К органогенным относят различные карбонатные и кремнистые породы. Для строительных целей используют породы, в которых основным веществом является кальцит (известняки, известняки-ракушечники и мел), а также диатомиты и трепелы, в которых таким веществом служит водный кремнезем.

Известняки, состоящие главным образом из кальцита (), образовались в морских бассейнах в основном из остатков животного мира (ракушки).

Известняки обычно бывают белыми, но они могут быть окрашены примесями окиси железа, кварца, глины в бурый, красный, серый и желтый оттенки различной интенсивности. Качество известняков как строительного материала может снижаться при наличии в них большого количества примесей глин и пирита.

Удельный (объемный) вес известняков колеблется в пределах 17–26 кН/м³. При содержании в известняках не менее 98 % их называют чистыми, если же содержится не менее 90 %, то – мергелистыми.

Предел прочности известняков при сжатии – от 8 до 200 МПа.

Мергели, представляющие собой природную тонкую механическую смесь известняка и глины в разных соотношениях, имеют землистое строение; прочность небольшую, легко выветриваются. При содержании не менее 75 % мергели называют известняковыми, не менее 40 % – просто мергелями и не менее 10 % – глинистыми мергелями; мергели определенного состава используют для изготовления портландцемента.

Переходные породы от известняков к мраморам называют мраморовидными известняками. Все виды известняковых пород широко используют в различных областях строительства.

Мел состоит из мелких частиц раковин простейших животных; он имеет в основном тот же химический состав, что известняк (), но малую прочность. Используют мел в производстве извести, для приготовления красок, замазок и т.д.

Диатомиты – это породы также образовавшиеся из панцирей диатомовых водорослей, но более позднего происхождения. После отмирания растений панцири оставались на дне водоемов и уплотнялись вместе с осаждавшимися между ними пластичными материалами – тончайшим илом и глиной.

Диатомиты имеют почти одинаковый химический состав и близкие физические свойства: удельный (объемный) вес 3,5–9,5 кН/м³. Коэффициент теплопроводности низкий, и поэтому их широко используют как теплоизоляционные материалы.

 

 

Лекция № 4

Лекция № 5

Тема: Керамические изделия

 

Основные сведения. Керамические изделия изготавливают из природных глин или из смесей с органическими и минеральными добавками. Технологический процесс получения изделий состоит из трех фаз – формования, сушки и обжига.

Керамические строительные изделия делят на две группы – пористые и плотные. Первые характеризуются водопоглащением 5 % и более, вторые менее 5 %.

К пористым изделиям относят кирпич глиняный обыкновенный, пористый кирпич, пустотелый кирпич, керамические пустотные стеновые камни, черепицу кровельную, керамические трубы и т. д. Плотными изделиями являются плитки для иолов и дорожный кирпич. Санитарно-техническая керамика может быть как пористый (фаянс), так и плотный (санитарный фаянс).

Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент керамических изделий дают возможность широко использовать их при строительстве почти во всех частях зданий. Вместе с тем керамические изделия имеют существенный недостаток – повышенную хрупкость.

Цветные керамические изделия можно получить добавлением в беложгущуюся глиняную массу окислов различных металлов (железо, кобальт и др.)

При изготовлении облегченных керамических изделий с повышенной пористостью в сырую массу вводят порообразующие, а также выгорающие добавки.

Керамические изделия делятся на следующие группы: стеновые, отделочные, кровельные, материалы для полов и дорожных покрытий, теплоизоляционные и материалы специального назначения – огнеупорные, кислотоупорные трубы, санитарно-технические изделия.

 

Глина

Глина образовалась в результате выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Выветривание горной породы происходит в результате механического разрушения и химического разложения ее. Механическое разрушение горной породы вызывается воздействием на нее переменной температуры, воды и ветра химическое разложение происходит, например, при воздействии на полевой шпат воды и углекислоты. При химическом выветривании породы образуется минерал каолинит . Самые чистые глины, состоящие из каолинита, называют каолинами. Глины отличаются от каолинов химическим и минералогическим составом, так как помимо каолинита в них входит кварц, слюда, полевые шпаты, кальцит, магнезит и др.

 

Классификация глин

 

По условиям образования глины делят на остаточные и перенесенные.

Остаточные глины первичных отложений обычно засорены частицами горной породы. из которой они образовались.

Перенесенные, или осадочные, глины более дисперсны, они свободны от крупных фракций материнских пород, но могут быть засорены песком, известняком, железистыми соединениями и т.п.

По отношению к действию температур различают глины трех групп: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие.

Примеси оказывают весьма большое влияние на свойства глин. Так, при повышенном содержании свободного кремнезема , не связанного с в глинистых минералах, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и понижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций понижает огнеупорность, уменьшает интервал спекания и увеличивает усадку при обжиге, увеличивает пористость и этим понижает прочность и морозостойкость изделий.

 

Химический состав глин

 

Глины состоят из различных окислов, свободной и химически связанной воды и органических примесей. В перечень окислов, составляющих глины, входят: глинозем , кремнезем , окись железа , кальция , натрия , магния и окись калия .

Глинозем оказывает наибольшее влияние на свойства керамических изделий и является важнейшей составной частью глины. Чем выше содержание глинозема, тем выше пластичность и огнеупорность глины. Кремнезем является основным (по количеству) окислом, образующим глины, поскольку количество его достигает 60–78 % от общего состава глины.

Помимо окиси железа, в состав глин входят закись железа , пирит и др. От количества железа и его модификации зависит цвет керамических изделий и температура спекания черепка. Более плотный черепок получается при наличии в глине закиси железа.

Содержание окиси кальция (карбонатов и сульфатов кальция) в некоторых глинах достигает 25 %. Эти соединения кальция сокращают период спекания глин, что ухудшает условия обжига керамических изделий. Такое же влияние на обжиг изделий оказывает и окись магния, находящаяся в глинах в виде карбоната и доломита.

Полезными примесями в глинах можно считать калиевые и натриевые щелочи ( и ), которые понижают температуру обжига изделий, придавая им большую прочность.

Знание химического состава глин дает возможность определить степень пригодности их для производства строительных керамических материалов.

 

Основные свойства глин

 

Важнейшими свойствами глин являются пластичность, отношение к сушке и к высокой температуре.

Пластичностъ является важнейшим техническим свойством глин, обусловливающим возможность формования из них различных керамических изделий. Степень пластичности зависит от минералогического и гранулометрического (зернового) состава, формы и характера поверхности зерен, а также от содержания растворимых солей, органических примесей и от количества воды.

По степени пластичности глины делят на высокопластичные (водопотребность их превышает 28 %, воздушная усадка составляет от 10 до 15 %); глины средней пластичности (водопотребность от 20 до 28 %, воздушная усадка от 7 до 10 %) и глины малопластичные (водопотребность менее 20 %, воздушная усадка менее 5 %).

Пластичность глины можно повысить добавлением в тощую глину другой, более пластичной.

 

 

Лекция № 6

Добавки к глинам

 

Для придания различных свойств получаемым из глин керамическим изделиям в процессе производства в состав глиняной массы вводят различные добавки.

Добавки отощающие. В высокопластичные глины, требующие для затворения большого количества воды (до 20 %) и поэтому дающие большую линейную усадку при воздушной сушке и обжиге (до 15 %), необходимо вводить отощающие добавки, т.е. вещества непластичные. При этом резко уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что тоже сокращает размеры усадок.

В качестве отощающих добавок чаще всего применяют кварцевый песок, шамот и измельченный керамический бой, молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак.

Глазури и ангобы

 

Некоторые виды керамических изделий покрывают слоем глазури для снижения водопроницаемости и улучшения внешнего вида.

Глазурь представляет собой стекловидное покрытие толщиной 0,1–0,2 мм, нанесенные на изделие и закрепленные обжигом при высокой температуре. Состав глазурей весьма разнообразен.

Очень прочные и распространенные в прошлом свинцовые глазури, но вредные как в стадии производства, так и в эксплуатации изделий. Цветные глазури получают путем добавления к смеси окислов и солей различных металлов или специальных огнеупорных красок. Глазури могут быть прозрачными или непрозрачными. Применяется стронциевые, циркониевые и другие глазури.

Ангобированием называют покрытие керамических изделий тонким слоем беложгущейся или цветной глины с последующим обжигом изделий до полного спекания ангоба. Связь ангоба с покрываемым изделием тем прочнее, чем ближе состав массы сырца и ангоба и чем тоньше его помол.

Стеновые материалы

 

Несмотря на все возрастающие применение в качестве стеновых материалов бетонных панелей и блоков, керамические изделия в качестве стеновых материалов продолжают применять достаточно широко.

Основными изделиями из этой группы являются кирпич глиняный обыкновенный и эффективные керамические камни, пустотелые и щелевые.

Камни керамические щелевые пластического прессования являются легким и теплоизоляционным.

В зависимости от удельного (объемного) веса керамические стеновые материалы делятся на 4 класса: А – с удельным (объемным) весом от 7 до 10 кН/м³; Б – тоже от 10 до 13 кН/м³; В – тоже от 13 до 14,5 кН/м³; Г - с удельным (объмным) весом более 14,5 кН/м³.

 

Облицовочные изделия

 

Керамические изделия применяемые для облицовки зданий подразделены на две группы – для облицовки фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений.

В настоящее время основными видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевой кирпич, лицевые камни и плиты.

Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские, угловые, перемычечные и т.д.

Для внутренней отделки помещений применяют в основном керамические плиты различной формы и толщины.

Плитки для полов подразделяют на два вида – керамические и мозаичные.

 

Лекция № 7

Огнеупорные материалы

 

Огнеупорными называют строительные материалы для постройки различных частей промышленных печей и топок, нагревающихся при сжигании топлива. Температура нагрева современных промышленных печей и топок колеблется в пределах 1000–1750 °С. Поэтому огнеупорные материалы, прежде всего, должны иметь повышенную огнеупорность, т.е. свойство выдерживать высокие температуры не расплавляясь. Они должны также обладать теплостойкостью при резких и частых температурных колебаниях, хорошо сопротивляться разъеданию шлаками с различной степенью кислотности и постоянством объема и формы. Большое значение для этих материалов имеют коэффициенты теплопроводности и газопроницаемости.

В зависимости от степени огнеупорности материалы делят на следующие группы:

1. огнеупорные, выдерживающие температуру 1580–1770 °С;

2. высокоогнеупорные – 1770–2000 °С;

3. высшей огнеупорности – выше 2000 °С.

По химико-минеральному составу все огнеупорные изделия разделяют на 11 типов, причем каждый тип изделий включает несколько групп. По пористости делится на 7 групп:

1. особо плотные, имеющие открытую пористость до 3 %;

2. высокоплотные с пористостью от 3 до 10 %;

3. плотные – от 10 до 16 %;

4. уплотненные – от 16 до 20 %;

5. обычные – от 20 до 30 %;

6. легковесные – от 45 до 85 %;

7. ультралегковесные – больше 85 %.

Широко применяются следующие огнеупоры:

• динасовые – изготовляют обжигом из кварцевых пород на известковой связке. Огнеупорность их 1690–1730 °С; К <; Ж = 15–35 МПа; пористость 20–25 %;

• шамотные – изготовляют из огнеупорных глин или каолинов, отощенных шамотом. Огнеупорность – 1580–1710 °С;

• высокоглиноземистые изделия – изготовляют из минералов (бокситы, корунд и др.) на глиняной связке. Огнеупорность –