Спа. Связь состава, структуры и свойств строительных материалов
 Скачать 1.24 Mb.
|
|
Тема: Природные каменные материалы и изделия. 1. Определение минерала. Группы породообразующих минералов. Минералы – это природные химико-физические однородные вещества возникающие в земной каре в результате физико-химических процессах(гипс,кальцит,кварц). Группы породообразующих минералов: 1. Группа кварца (кварц, SiO2) 2. Алюмосиликаты (полевые шпаты) 3. Слюды (водные, мусковит, биотит) 4. Глинистые (каолинит) 5. Железисто-магнезиальные (оливин, авгит, роговая обманка) 6. Карбонаты (кальцит, магнезит, доломит) 7. Сульфаты (гипс, ангидрит) 2. Определение горных пород. Генетическая классификация горных пород. Горной породой называют минеральную массу более или менее постоянного состава состоящие преимущественно из 1 минерала (мономинерал: гипс, известняк) или состоящие из нескольких минералов (полиминерал: гранит, гнейс). Генетическая классификация горных пород. Основой составляет их происхождение: 1. Магматические (изверженные): - массивные (глубинные, излившиеся); - обломочные (рыхлые, цементированные). 2. Метаморфические (видоизмененные): - измененные магматические; - измененные осадочные. 3. Осадочные: - мех. отложения (рыхлые, цементированные); - химические осадки; - органогенные отложения. 3. Изверженные горные породы: условия образования, минеральный состав, структура, основные свойства, применение. Образовались из природного силикатного расплава(магма) поднявшиеся из земли и отвердевшей при остывании. Основные пароды образ.минералы: минералы группы кварца, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные. Глубинные магматические пароды образовались при затвердевании магмы на различной глубине земной кары. Изверженные или магматические (первичные) горные породы образовались в результате охлаждения и затвердевания огненножидкой лавы (магмы) в недрах земной коры или на поверхности земли. Скорость и условия образования магмы были разными, это привело к образованию изверженных горных пород с разными минералогическими составами, строением и свойствами. В зависимости от места образования различают: глубинные, излившиеся плотные и излившиеся пористые (вулканические породы. Глубинные (интрузивные) породы образовались в результате медленного остывания магмы на большой глубине от поверхности земли в условиях действия высоких температур и значительных давлений вышележащих слоев земли. Такие условия были благоприятны для кристаллизации минералов, составляющих породу, поэтому глубинные породы массивны, очень плотны и состоят обычно из тесно сросшихся более или менее крупных кристаллов, различимых невооруженным глазом. Эти породы обладают большой средней плотностью, высокой прочностью и морозостойкостью, малым водопоглощением, большой теплопроводностью и атмосферостойкостью. (гранит) 4. Осадочные горные породы: условия образования, минеральный состав, структура, основные свойства, применение. Осадочные горные породы образовались в результате химических, физико- химических и биохимических процессов, протекающих на поверхности земной коры. Эти процессы происходили как в водных бассейнах, так и на континентах. Осадочные породы большей частью слоисты, поэтому их иногда называют пластовыми. В зависимости от способа осаждения минеральных и органических образований выделяют три основные группы осадочных пород: механические отложения, химические осадки и органические отложения. Механические отложения рыхлые (глина, песок, гравий, щебень) образовались в результате разрушения, переноса и накопления обломков горных пород и других продуктов выветривания. В дальнейшем часть из них подвергалась цементированию различными природными цементами и возникали цементированные породы (песчаники, конгломераты, брекчии). Химические осадки - гипс, доломит, магнезит и некоторые виды известняков образовались в результате кристаллизации солей из пересыщенных водных растворов в замкнутых водоемах (озерах, морских лагунах) или в местах выхода минеральных источников на поверхность земли. Органогенные отложения - известняки, мел, диатомит, трепел - образовались в результате отмирания и преобразования остатков некоторых водорослей и животных организмов (скелеты губок, кораллы, панцири, раковины и др.) и с последующим их уплотнением и цементацией. 5. Метаморфические горные породы: условия образования, минеральный состав, структура, основные свойства, применение. Метаморфические (видоизмененные горные породы) образовались в результате преобразования осадочных и изверженных пород под действием высоких температур и больших давлений, а также под влиянием внедрения магмы в толщу ранее образовавшихся пород. В таких условиях метаморфизма изменялся минералогический, иногда химический состав пород, происходила перекристаллизация минералов (без их плавления), изменялась структура. В результате формировались новые породы, обычно более плотные, чем, например, исходные осадочные. (мрамор, кварцит, глинистые сланцы) 6. Добыча и обработка природных каменных материалов. Способы добычи горных пород, применяемых в качестве строительных материалов, весьма разнообразны и зависят от условий залегания горной породы, ее твердости и прочности, а также от формы и размеров будущего изделия. Если породы залегают неглубоко или выходят на поверхность земли, то добыча их ведется открытым способом в карьерах. Породы, залегающие на большой глубине, добывают подземным способом в каменоломнях или в шахтах. Плотные горные породы, предназначенные для щебня или бутового камня (граниты, плотные известняки и др.), разрабатывают отбойными молотками, клиньями и взрывным способом. Добыча легкообрабатываемых горных пород (мрамора, известняка, ракушечника, туфа) производится механизированным способом при помощи камнерезных машин, режущими элементами которых являются горизонтальные и вертикальные дисковые пилы, установленные на подвижной тележке, которая передвигается по рельсовым путям вдоль забоя. Камнерезные машины, сконструированные советскими специалистами, позволяют механизированным путем получать блоки и камни, повышают производительность труда и облегчают труд рабочих. 7. Свойства, виды и применение природных каменных материалов и изделий. Из многообразия физико-механических свойств природных каменных материалов обычно выделяют среднюю плотность, предел прочности при сжатии, морозостойкость, по величине которых оценивают их качество и разделяют на марки. Все каменные материалы, используемые в строительстве, можно разделить на две основные группы - материалы, применяемые в исходном виде (без обработки), и материалы, пригодные для строительных целей лишь после соответствующей обработки. В зависимости от способа обработки различают материалы и изделия из горных пород: добываемые выпиливанием из массива (изделия для каменной кладки, мраморные блоки) или выкалыванием (гранитные блоки); пиленые из блоков- полуфабрикатов с последующей обработкой (облицовочные плиты, профильные детали); колотые, получаемые раскалыванием блоков с последующей обработкой скалывающими инструментами (бортовой камень); грубооколотые, без последующей обработки (брусчатка); рваные — продукт взрывания горных пород и последующего разделения на фракции (бутовый камень); дробленые (щебень, каменная крошка, песок); молотые (минеральный порошок); сортированные, получаемые сортировкой природных залежей окатанных обломков горных пород (валуны, булыжник, гравий); плавленые (каменное литье). Назначение каменных природных строительных материалов определяет выбор горной породы, свойства к-рой должны соответствовать условиям службы материала или изделий в здании и сооружении. Для кладки фундаментов применяют бутовый камень, колотый и пиленый камень из осадочных, метаморфических и изверженных горных пород. В современном индустриальном стр-ве, как правило, используют бетон или бутобетон. Бутовый Изделия для наружной и внутренней облицовки зданий делаются механизированным способом из блоков камня, добываемых без применения взрывных работ, из горных пород, не затронутых выветриванием. Из полученных на карьерах блоков (распиливанием на станках и последующей обработкой) изготавливают также разнообразные изделия и детали — ступени, парапеты, ограждения и др. Для дорожного строительства применяются камни бортовые, брусчатка, колотый и булыжный камень, щебень, гравий, песок и минеральный порошок (см. Дорожностроителыьые материалы). Для подземных сооружений и мостов применяются камни и плиты из изверженных и осадочных пород, к-рые должны выбираться в соответствии с условиями их службы Материалы и изделия для речных и морских гидротехнич. сооружений используются в виде камней правильной или неправильной формы из изверженных, метаморфических и осадочных пород. Содержание глины в осадочных породах допускается не более 3,5%; в открытых порах и кавернах — не более 5%. Материалы и изделия для конструкций, эксплуатируемых в условиях высоких температур или агрессивной среды, должны быть из горных пород, не затронутых выветриванием. Для конструкций, эксплуатируемых при высоких темп-pax, используются хромит, базальт, диабаз, андезит, туф вулканический, талько- хлоритовый камень и т. п. Для защиты от кислот (кроме плавиковой и кремнефтористой) применяют: гранит, диорит, кварцит, андезит, бештаунит, базальт, диабаз, фельзит, песчаник, сцементированный кремнеземом, и разновидности этих пород. Для защиты от щелочей употребляются: плотный известняк, доломит, мрамор, магнезит, песчаник с кремнеземистым или известковым цементом и разновидности этих пород. Тема: Керамические материалы. 1. Керамические материалы: определение, классификация, общие свойства. Керамическими называют искусственные каменные материалы, получаемые в процессе обработки сырья. Классификация: - грубая керамика (черепица); - тонкая (фаянцевые). По структуре: - изделия с плотным черепком Wm<5% - изделия с пористым черепком Wm≥5% По температуре плавления: - легкоплавкие Тпл<1350 - тугоплавкие Тпл=1350-1580 - огнеупорные Тпл=1580-2000 - несгораемые Тпл>2000 Свойства: - средняя плотность 200-2300кг/м3 - предел прочности при сжатии 0,05-100Мпа - водопоглащение до 70% - морозостойкость F15-F10 - огнестойкость 2. Глинистое сырье для производства керамических материалов: основные свойства, классификация. Свойства глин: *Спекаемость – способность глины при обжиге уплотняться и превращаться в камневидный прочный и водостойкий черепок. *Воздушная усадка:уменьшение объема глин связанная с удалением воды при сушке(от 2до 12%) *Огневая усадка-уменьшение объема глин при обжиге в результате плавления глины и сближения ее частить(2-8%) *Пластичность- с увеличением доли глинястых частиц увеличивается воздушная усадка и пластичность. Различают глины: -высокопластичные(80-90%) -средне и умерено (30-60%) -малопластичные (5-30%) -Непластичные (менее 5%) 3. Добавки к глинам для производства керамических изделий: виды, назначение. В глинистое сырье для регулирования их свойств вводят различные добавки. Отощающие добавки (кварцевый песок, шамот, дегидратированная глина, керамзитовая крошка, золы ТЭС, шлаки фосфорного производства, ваграночный шлак, флотационные хвосты обогащения апатитовых руд) служат для отощения массы, улучшают сушку за счет снижения воздушной усадки и структурных дефектов при формовании, снижения формовочной влажности. Пластифицирующие добавки (высокопластичная глина, бокситовый шлам, поверхностно-активные вещества типа ЛСТ, СДБ, бентонита) применяют для пластифицирования шихты и улучшения формовочных свойств при меньшем расходе воды. Флюсующие добавки (бой легкоплавкого стекла, пиритные огарки, золы ТЭС, полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, мел, нефелин-сиенит, перлит) – это плавни, которые вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. Топливосодержащие добавки (уголь, отходы углеобогащения коксохимических производств, негорелые породы из терриконов угольных шахт) вводят с целью экономии топлива, а также повышают спекаемость, создают пористость черепка. Порообразующие или выгорающие добавки (уголь каменный, антрацит, опилки, торфяная пыль, солома, растительные отходы сельскохозяйственной переработки в виде шелухи гречихи и других зерновых, лузги подсолнуха) служат для создания пористости черепка и повышения теплофизических свойств керамических изделий. Кроме того, они армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, повышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. 4. Основные технологические операции производства керамических изделий. Особенности полусухого, пластического, шликерного способов производства керамических изделий. Глинястая масса увлажняется до 18-28%,используется средне и умеренно-пластичное с небольшим содержанием примесей. Формирование ведется на ленточных вакумных прессах с резкой отформованного бруса но отдельные изделия Недостатки : увеличивает потребление энергоносителей, отклонение от формы и размера изделий Достоинства: небольшая металлоемкость, относительная простота способа. Полусухого производства: Формирование ведется в металлических формах на механических прессах. Достоинства: возможность использование малопластичных глин, сокращение расхода топлива и продолжительность технологического цикла, получение изделий точной формы и размеров. Недостатки: большая металлоемкость. Пластического производства: По пластическому способу глинная масса увлажняется до 18-28%. Используется среднее и умеренно пластичное глинистое сырье с небольшим содержанием кремния. Пластическое формование подразумевает дополнительный производственный этап: сушку сырца перед обжигом, так как кирпич изготавливается из глины с высоким содержанием влаги (более 20%). Сырец имеет тонкослойную структуру и обладает низкой газопроницаемостью. При излишне быстром нагревании давление пара внутри полуфабриката возрастает, что делает возможным образование трещин и, как следствие, появление производственного брака. Поэтому процесс сушки требует длительного времени для постепенного повышения температуры. Шликерного производства: Шликерный способ предусматривает роспуск глины горячей водой в шликер, влажность которого составляет 40-45%. Для отделения мелких камней шликер закачивают в дуговые сита под давлением 0,25 МПа, а затем сливают в шламбассейны. После шламбассейна шликер попадает в распределительные сушилки, где его влажность понижается до 10%. Далее через контрольное сито шликер отправляется в расходный бункер. Шликерный способ приготовления пресс-порошка намного выгодней сушильно- помольного. Кроме того, что сокращается количество производимых операций(в распылительной сушилке глина сушится и гранулируется) , появляется возможность полной автоматизации этого процесса. Пресс-порошок получается более высокого качества. Увеличивается влажностная однородность, почти отсутствует пылевая фракция. 5. Стеновые, облицовочные керамические изделия: виды, основные свойства, области применение. Керамическими называют материалы, которые получаются в результате обжига до спекания отформованной сырьевой массы, состоящей из тонкодисперсного минерального сырья, содержащего чаще всего глину в качестве основного компонента. По назначению в элементах зданий и сооружений различают след. Виды керамических изделий: -стеновые(кирпич, керамический камень и панели); -фасадные(лицевой кирпич, различные виды фасадных плиток); -изделия для внутренней облицовки зданий(плитки для облицовки стен и полов); -изделия для перекрытий(пустотелые камни, балки и панели из пустотелых камней); -дорожный кирпич, теплоизоляционные изделия (ячеистая керамика, перлитокерамика, легковесные шамотные изделия). Материал из которого состоят керамические изделия называют черепком. Изделия с пористым черепком (> 5 %)(кирпич, дренажные трубы, керамзит) и изделия с плотным черепком (< 5 %)(клинкерный кирпич, плитки для полов, канализационные трубы). Керамические изделия подразделяют также по внешнему виду черепка, в зависимости от его строения, степени однородности и окраски на две группы: Керамические изделия в зависимости от однородн. структуры делят: - изделия грубой керамики, имеющие в изломе зернистые макронеоднородное строение(кирпич, камни пустотелые, черепица); - изделия тонкой керамики с макрооднородным строением (фасадные и облицовочные глазурированные плитки, санитарно-технические изделия). На многие керамические изделия наносится тонкий поверхностный слой легкоплавкого стекла, который носит название глазури. Глазурь закрывает поры, сглаживает шероховатости поверхности, придавая ей гладкий и блестящий вид. В соответствии с этим все изделия могут быть разделены на глазурованные — покрытые глазурью — и неглазурованные — непокрытые глазурью. Свойства: Плотность — вес единицы объема материала в естественном состоянии, в пределах от 0,1 г/см3. Кирпич глиняный обыкновенный имеет сравнительно большой объемный вес (до 1,9 г/см3). Пористость— степень заполнения объема материала порами. Пористость колеблется в широких пределах — практически от 0,0% для фарфора до 60-80% для легкого кирпича и керамзита. Пористость кирпича глиняного обыкновенного 20-40%.Пустотность — степень заполнения объема материала или изделия пустотами. (для стеновых камней - 22-52%, для кирпича пустотелого — 15- 50%). Водопоглощение — свойство материала впитывать и удерживать в себе воду, характеризуемое степенью заполнения пор материала водой Водопоглащение плотных керамических изделий со спёкшимися ячейками не превышает 5% по массе, пористых – 5-30%.Водопроницаемость — способность материала пропускать воду под давлением. Водопроницаемость керамических материалов может быть снижена обжигом до спекания, глазурованием и другими средствами. Предел прочности при сжатии— свойство материала сопротивляться разрушению от действия внутренних напряжений, возникающих при приложении нагрузки. Предел прочности при сжатии стеновой керамики изменяется от 7.5 до 30 Мпа. Коэффициент конструктивного качества (к.к.к.), который равен отношению предела прочности материала к его объемному весу. (для кирпича глиняного обыкновенного 0,055, выше, чем для обыкновенного бетона (0,040).Предел прочности при изгибе. Находясь в кладке, кирпич работает на изгиб. Так как керамические материалы преимущественно хрупкие, то для них этот показатель невысокий. Предел прочности при разрыве. Необходимо, чтобы черепок был высокопрочным, а труба при испытании на гидростат. давление должна выдерживать не менее 2 ат. Прочность на истирание определяется отношением потери в весе образца после испытания на истирание к площади истирания. Такой прочностью должны обладать плиты и плитки для полов. Морозостойкость керамических изделий обуславливает их долговечность. Марки по морозостойкости: 15,25,35,50,75,100. Теплопроводность зависит от средней плотности, структуры черепка и его влажности. Уменьшение средней плотности с 1800 до 700 кг/м3 путём повышения пористости и создания пустот в керамике приводит к снижению её теплопроводности с 0.8 до 0.21 Вт/(м0С). 6. Кровельные, санитарно- технические, специальные керамические строительные изделия, керамические заполнители для бетона. Кровельные керамические материалы — черепица и керамический сланец ардогрес. Сырьем для черепицы служат кирпичные глины, только качество их подготовки должно быть выше. Ленточную черепицу формуют на таких же прессах, как кирпич. Штампованную прессуют поштучно. В остальном технология черепицы аналогична технологии кирпича. Черепичная кровля декоративна и очень долговечна. Недостатки ее — большой вес и трудоемкость устройства. Черепица требует мощной стропильной системы; рекомендуемый угол наклона кровли 30…45° (для желобчатой, укладываемой на растворе, — 15°). Плитки ардогрес получают по технологии керамогранита (см. п. 5.5) прессованием из почти сухой керамической массы и последующим обжигом до полного спекания. Благодаря этому получается прочный (Ясж до 50 МПа) материал с чрезвычайно низким водопогло-щением (менее 0,5 %), что гарантирует высокую морозостойкость и долговечность. Монтаж кровли из плиток ардогрес очень прост: они навешиваются с помощью шурупов, устанавливаемых на обрешетке и продеваемых в отверстия, имеющие форму замочной скважины, находящейся в верхней части плиты. Основным сырьем для производства санитарно-технических изделий является беложгущиеся огнеупорные глины, каолины, кварц и полевой шпат. Различают три группы санитарно-технической керамики: фаянс, полуфарфор и фарфор, отличающиеся степенью спекания и пористостью. Изделия из фаянса имеют пористый, а из фарфора плотный сильно спекшийся черепок, плотность полуфарфора занимает промежуточное положение. Различная степень спекания фаянса, фарфора и полуфарфора достигается при одних и тех же сырьевых материалах, но при различном соотношении последних в рабочей массе. Сырьевые материалы, идущие на изготовление изделий санитарно-технической керамики, подвергают тщательной переработке: помолу, отмучиванию, просеиванию и другим операциям, обеспечивающим получение тонкоизмельченной сырьевой смеси, освобожденной от вредных примесей. Приготовленная смесь представляет сметанообразную массу — шликер. Формуют изделия преимущественно способом литья в гипсовых формах, которые впитывают избыток воды. Затем изделия вынимают из форм, подвяливают, оправляют (обрезают) и направляют в сушильные камеры. Высушенные изделия покрывают сырым глазурным слоем и в капселях обжигают при температуре 1250...1300°С в периодических или непрерывнодействующих печах. Изделия санитарно-технической керамики белые, иногда светло-желтые, должны иметь правильную форму, ровную, гладкую и чистую поверхность без искривлений, равномерно покрытую глазурью; они должны быть хорошо обожжены. Специальные керамические изделия К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия. Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 °С. Кирпич изготовляется марок от 125 до 300. Размеры кирпича: длина 120 и 250 мм, ширина 120 или 250 мм, толщина 65 или 88 мм. Кирпич бывает прямоугольный или клинообразный. Меньшую длину клинообразного кирпича принимают 70, 100, 200 и 225 мм. Водопоглощение кирпича должно быть не менее 6%, а морозостойкость 25, 35 и 50. Клинкерный кирпич получают обжигом глин до полного спекания, но без остекловывания поверхности, поэтому он отличается от обычного высокими прочностью и морозостойкостью. Размер кирпича 220x110x65 мм. В соответствии с пределом прочности при сжатии его разделяют на 3 марки — 1000, 700 и 400, морозостойкость которых соответственно -— 100-50 циклов, а водопоглощение — со- ответственно не более 2-6%. Клинкерный кирпич называют и дорожным, и применяется он для покрытия дорог и мостовых, обмуровки канализационных коллекторов и облицовки набережных. Применяется он и в химической промышленности как кислотостойкий материал. Кислотоупорный кирпич применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, и при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды. Кирпич изготовляется высшей и первой категории качества трех классов А, Б и В и четырех форм: прямой, клиновой (торцовый и ребровый), радиальный (поперечный и продольный) и фасонный (слезник). Размеры кирпича 230x113x65 и 230x113x55 мм. Свойства кирпича имеют следующие значения: кислотостойкость — (98,5-96)%; прочность при сжатии (60-35) МПа; термическая стойкость (5-25) теплосмен. Кислотоупорные плитки применяются для футеровки оборудования и защиты строительных конструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред. Плитки производятся высшего и первого сортов 6 марок: кислотоупорные фарфоровые — КФ, термокислотоупорные дунитовые — ТКД, термокислотоупорные для гидролизной промышленности — ТКГ, кислотоупорные для строительных конструкций — КС, кислотоупорные шамотные — КШ и термокислотоупорные шамотные — ТКШ. Пористые керамические заполнители. Основными видами искусственных пористых керамических заполнителей для легких бетонов являются керамзит и аглопорит. Керамзит - легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, реже в виде щебня, получаемый при обжиге глинистых легкоплавких пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до 1050-13000С. Вспучивающими агентами являются газы, которые выделяются при разложении различных веществ, содержащихся в исходном сырье. Вспучиваемость глинистого сырья можно повысить добавлением в сырьевую шихту тонкомолотого угля, опилок, рыхлой железной руды, пиритовых огарков и др. Качество керамзитового гравия характеризуется размером его зерен, плотностью и прочностью. В зависимости от размера зерен керамзитовый гравий делят наследующие фракции: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Зерна менее 5 мм относят к керамзитовому песку. В зависимости от насыпной плотности гравий делят на марки 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 700 и 800. Предел прочности при сжатии керамзитового гравия в зависимости от его марки 0,3 - 5,5 МПа. Водопоглощение керамзитового гравия 15 - 25%, морозостойкость должна быть не менее 15 циклов. Керамзит применяют также в качестве теплоизоляционного материала (в виде засыпок). Аглопорит представляет собой пористый кусковой материал, получаемый спеканием (агломерацией) гранул из смеси глинистого сырья с углем. Спекание гранул происходит за счет сгорания угля, содержащегося в сырьевой шихте. Одновременно с выгоранием угля вся масса частично вспучивается. При изготовлении аглопорита влажное глинистое сырье смешивают с молотым углем, гранулируют и подают в агломерационную установку. Продолжительность агломерации 25 - 45 мин. Пористую легкую глыбу аглопорита после охлаждения дробят на щебень с последующей сортировкой на фракции. Насыпная плотность аглопоритового щебня 300 - 1000 кг/м3, прочность 0,3 - 3 МПа. Содержание в аглопорите несгоревшего угля обычно не превышает 3%, что вполне допустимо для применения его в качестве заполнителя для легких бетонов. |