см запас
.pdfБазальт — излившийся аналог габбро, порода темного цвета, очень плотная, скрытокристаллическая или тонкозернистая, иногда порфировая. Диабаз — порода мелкозернистая, по составу аналогичная габбро, но с
типичной диабазовой микроструктурой.
Поэтому диабаз издавна применяют в виде брусчатки для мощения дорог; щебень из него используют для изготовления морозостойких высокопрочных бетонов.
К пористым эффузивным породам относят пемзу, вулканические пеплы и туфы, туфолавы.
Пемза представляет собой пористое вулканическое стекло, образовавшееся в результате выделения газов при быстром застывании кислых и средних лав.
В качестве абразивного материала пемзу применяют для шлифования металлов и дерева, полирования каменных изделий.
Вулканический пепел—наиболее мелкие частицы лавы, обломки отдельных минералов, выброшенные при извержении вулкана. Размеры частичек пепла колеблются от 0,1 до 2 мм. Вулканический пепел является активной минеральной добавкой для воздушной извести и портландцемента.
Вулканические туфы — горные породы, образовавшиеся из твердых продуктов вулканических извержений: пепла, пемзы и других, впоследствии уплотненных и сцементированных. Цементом туфов является вулканический пепел, глинистое или кремнистое вещество, иногда с примесью продуктов разложения пепла.
Туфолавы — горная порода, занимающая промежуточное положение между лавой и туфом.
Вулканические туфы и туфолавы хорошо сопротивляются выветриванию, мало теплопроводны и, несмотря на большую пористость, морозостойки. Они легко обрабатываются, распиливаются, пробиваются гвоздями, шлифуются, но не полируются.
Прочность туфов находится в тех же примерно пределах, что и прочность обыкновенного кирпича, т. е. 5— 15 (иногда до 30) МПа.
Туф и туфолавы используют в виде пиленого камня для кладки стен жилых зданий, устройства перегородок и огнестойких перекрытий. Используются они также в качестве декоративного камня, чему благоприятствует наличие туфов разных цветов — лиловых, желтых, красных, черных. Применяются туфы и в виде щебня для легких бетонов.
Среди эффузивных пород кислого состава широко распространены вулканические стекла
23 Осадочные горные породы: классификация, основные материалы, структура, свойства, применение.
Осадочная порода образуется в результате переотложения продуктов выветривания и разрушения различных горных пород, химического и механического выпадения осадка из воды, жизнедеятельности растений.
В зависимости от условий образования осадочные породы (рис. 2.5) делят на следующие три основные группы: 1) обломочные породы, или механические осадки: а) рыхлые (например, гравий, глины, пески), оставшиеся на месте разрушения пород или перенесенные водой, льдом (ледниковые отложения) или ветром (эоловые отложения); б) сцементированные (песчаники, конгломераты, брекчии); 2) химические осадки (например, гипс и известняковые туфы), образовавшиеся из продуктов разрушения пород, перенесенных водой в растворенном виде; 3) органогенные породы, образовавшиеся из остатков некоторых водорослей и животных (скелеты губок, кораллов, раковины и панцири ракообразных и др.)
В составе осадочных пород можно выделить две различные по происхождению группы минералов: реликтовые и минералы осадочного происхождения. К первой группе относятся минералы магматические и метаморфические — обычно зерна этих минералов окатаны; второй— минералы, образовавшиеся на месте в осадке или в породе.
Обломочные породы:
Породы рассматриваемой группы сложены преимущественно зернами устойчивых при выветривании минералов и горных пород.
Рыхлые обломочные горные породы. Песок представляет собой образовавшуюся в результате выветривания горных пород'рыхлую смесь зерен (до 5 мм) различных минералов, входивших в состав магматических (иногда осадочных) горных пород.
Гравий — крупнообломочная рыхлая порода, состоящая из окатанных зерен (от 5 до 150 мм). Песок и гравий применяют в качестве заполнителей для бетона в
дорожном строительстве. Пески служат компонентом сырьевой смеси в производстве стекла, керамических изделий и др.
Глинистые породы Каолиновые глины Полимиктовые глины
Глины находят широкое применение в керамической промышленности. Каолиновые глины являются сырьем для огнеупоров. Полимиктовые используют для изготовления кирпича, грубой керамики и других изделий. Глины являются также компонентом сырьевой смеси в производстве цемента. Их используют как строительный материал при возведении земляных плотин (экранов).
Сцементированные обломочные горные породы. Песчаник
Эти породы легко разрушаются при насыщении водой, при замерзании и оттаивании.
Из перечисленных сцементированных пород чаще всего применяются в строительстве песчаники.
Известковые песчаники сходны по строительным свойствам с обыкновенными известняками, поэтому их и применяют так же, как и плотные известняки.
Хемогенные породы:
Среди пород химического происхождения наиболее важные в строительном деле — карбонатные, сульфатные и аллитовые породы.
Карбонатные породы. Наиболее распространенными карбонатными породами являются известняки и доломиты.
Доломиты по внешнему виду похожи на известняки.
Их используют в виде бутового камня для фундаментов, стен неотапливаемых зданий или жилых домов в районах с теплым климатом, а наиболее плотные породы применяют в виде плит и фасонных деталей для наружной облицовки зданий. Известняковый щебень часто используют в качестве заполнителя для бетона. Наконец, известняки широко применяют как сырье для получения вяжущих веществ = извести и цемента. Доломиты используют для получения вяжущих и огнеупорных материалов в цементной стекольной, керамической и металлургической промышленности.
Сульфатные породы. Сульфатные породы состоят из сульфатных соединений, выпадающих в осадок в случае увеличения их концентрации в природных водах. Гипсовые и ангидритовые породы
Ангидрит отличается от гипса большей твердостью Гипс и ангидрит служат сырьем для получения вяжущих веществ, иногда их при-
меняют в виде облицовочных изделий.
Аллитовые породы характеризуются высоким содержанием глинозема. В этой группе выделяют две главные породы: бокситы и латериты.
Породообразующими минералами бокситов являются гидроксиды алюминия (гиббсит и диаспор).
Бокситы используют для производства алюминия, искусственных абразивов, огнеупоров, в качестве адсорбента при очистке нефтепродуктов.
Латериты состоят в основном из каолинита и гидроксидов железа, в меньшем количестве в них входят гидроксиды алюминия. Цвет их красный, бурый или желтый. Высокая стойкость против выветривания позволяет использовать их в качестве строительного камня.
Органогенные породы:
К осадочным органогенным породам относятся биогенные кремнистые породы и органогенные известняки.
Биогенные кремнистые породы (силициты) сложены осадочным кремпеземом (опалом, халцедоном, кварцем). По морфологическому признаку выделяют пластовые и конкреционные кремнистые породы.
Главными разновидностями пластовых кремнистых пород являются диатомиты, радиоляриты, спонголиты, трепелы, опоки. Диатомиты — легкие светлые тонкопористые породы, состоящие из опаловых скелетов диатомовых водорослей. Радиоляриты сложены опаловыми скелетами радиолярий, по внешнему виду они не отличаются от диатомитов. Спонголиты состоят преимущественно из опаловых спикул губок. Трепелы и опоки (белые или серые) очень легкие, похожие на каолиновую глину или мел, породы, состоящие из опала, реже халцедона.
Органогенные известняки могут быть сложены целыми раковинами или обломками раковин различных морских безпозвоночных, а также остатками известковых водорослей.
25 Метаморфические горные породы: основные представители, свойства и применение.
Метаморфизмом называют преобразование горных пород, происходящее в недрах земной коры под влиянием высоких температур и давлений. В этих условиях может происходить перекристаллизация минералов без их плавления. Главными факторами метаморфизма являются температура, давление и химически активные вещества— растворы и газы, под действием которых породы любого состава и генезиса (магматические, .осадочные или уже ранее метаморфизованные) подвергаются изменениям. При формировании структурно-текстурных особенностей метаморфических пород велика роль направленного давления. При одностороннем давлении кристаллы деформируются в направлении, перпендикулярном направлению наибольшего давления, и видоизмененные породы приобретают сланцевое строение (гнейс, глинистые сланцы и т. п.). Образуются специфические текстуры с характерной закономерной ориентировкой минералов, что обусловливает анизотропию физико-механических свойств породы.
Кристаллические сланцы имеют мелкозернистое слоистое строение, цвет их от темнодо светло-серого. Основ* ная часть породы состоит из зерен кварца, биотита и мусковита.
Некоторые разновидности глинистых, кремнистых, слюдистых и иных сланцев являются кровельными сланцами. Эти сланцы легко раскалываются по плоскостям
сланцеватости на тонкие (2—8 мм) плоские плитки. Плотность кровельных сланцев около 2,7—2,8; пористость 0,3—3%; предел прочности при сжатии 50— 240 МПа. Большое значение имеет также прочность на излом перпендикулярно сланцеватости.
Гнейсы образовались в .результате метаморфизма кварцевополевошпатовых пород. В состав гнейсов входят кварц, биотит, роговая обманка, полевые шпаты.
Применяют гнейсы при бутовой кладке, для кладки фундаментов, в качестве материала для щебня и отчасти в виде плит для мощения дорог. Щебень из сильно сланцеватого гнейса не используют для бетона и дорожного строительства из-за непригодности формы зерен.
Кварциты.
Встроительстве кварциты используют в качестве подферменных камней в мостах,
ввиде бута, щебня и брусчатки для мощения дорог, а кварциты с красивой и неизменяющейся окраской идут на облицовку зданий. Кварциты, применяемые в качестве кислотоупорного материала, должны обладать высокой кислотостойкостью.
Мрамор Мрамор широко применяют для внутренней отделки стен зданий, ступеней и
лестниц. В виде песка и мелкого щебня (крошки) его используют для цветных штукатурок, при изготовлении облицовочного декоративного бетона.
25 Выветривание каменных материалов: сущность явления, способы защиты и реставрации поврежденных конструкций.
Процесс постепенного разрушения каменных материалов в конструкциях зданий и сооружений можно предотвратить или затормозить с помощью различных конструктивных и химических методов защиты, способствующих снижению воздействия увлажнения, нагревания, замерзания, солнечной радиации и т. п.
Конструктивные методы выражаются в устройстве гладких или полированных поверхностей материалов, не способных задерживать дождевые и талые воды и пропускать агрессивные среды внутрь каменного материала.
Химические меры защиты заключаются в флюатировании камня, т. е. обработке его водными растворами солей кремнефтористо-водородной кислоты. Эти соли (флюаты) вступают в химические соединения с растворимыми компонентами камня с образованием фтористых солей Са и Mg и кремнезема, нерастворимых в воде, которые уплотняют поверхность камня и делают ее недоступной для агрессивных сред.
Фтористые соли, образовавшиеся при флюатировании, уплотня-ют поверхностные слои камня и повышают устойчивость его прошв выветривания.
Химические меры обработки особенно эффективны для карбонатных пород. Кислые породы перед флюатированием пропитывают раствором известковой соли, которая впоследствии образует с флюатом защитный слой из нерастворимых в воде соединений.
Кроме флюатирования поверхность камня может обрабатываться добавками оксида свинца или железистых соединений, увеличивающих погодоустойчивость поверхности. Для аналогичных целей могут использоваться водные растворы и эмульсии, полимерные вещества и водополимерные дисперсии. Так, например, для получения поверхностного уплотнения камня и гидрофобизации его поверхности и пор применяют кремнийорганические соединения: метилсиликонат натрия ГКЖ-94, этилсиликонат натрия ГКЖ-10 и др., а также водный раствор мочевиноформальдегидной смолы. Известны и другие способы защиты камня от выветривания и разрушения, которые продлевают эксплуатационный срок службы каменных материалов и изделий без заметных выцветов и потускнения поверхности или других следов химического выветривания.
Возникающие аморфные или кристаллические новообразования оказываются практически нерастворимыми в воде. Отлагаясь в по pax камня, они уменьшают пористость и смачиваемость его поверх ности, скорость капиллярного подсоса воды или грязи. Конструктивные и химические мероприятия, применяемые в совокупности приводят к увеличению долговечности природного камня в конструкциях зданий и.сооружений.
26 Глины, как сырье керамической промышленности: химический и минералогический состав глины.
1. Глинистые материалы Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются
каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще — в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.). Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.
Каолины. Каолины состоят почти исключительно из минерала Al2O3-2SiO2- 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01 мм; после обжига сохраняют белый цвет.
Глины более разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше 0,005 мм) состоит преимущественно из каолинита и родственных ему минералов — монтмориллонита А12О3-•4SiO2-nH2O, галлуазита Al2O3-2SiO2- 4H2O.Содержание тонких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005 мм 80—90%.В глинах могут быть примеси, снижающие температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные включения СаСО3 являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация СаО, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придаст глине привычную красную окраску. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска глин зависит от примесей как минерального, так и органического происхождения, богатых углеродом.
Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита. Содержание в них частиц размером меньше 0,00! Мм достигает 85—90 % •
Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из аморфного кремнезема, используют для изготовления
теплоизоляционных изделии, строительного кирпича и камней. 2 Отощающие материалы
Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.
Шамот-—зернистый керамический материал (с зернами 0,14—2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, из-
мельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий — лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.
Дегидратированная глина при температуре 700— 750 С, добавляемая в количестве 30—50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.
Песок (с зернами 0,5—2 мм) добавляют в количестве 10-25%. Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм) - эффективный
отощитель глин при производстве кирпича. Роль отощителей выполняют также золы ТЭС и выгорающие добавки.
3. Порообразующие и пластифицирующие добавки Порообразующпе материалы вводят в сырьевую массу для получения
легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например СО2 (молотые мел, доломит), или выгорают.
Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость стеновых керамических изделий, но также способствую: равномерному спеканию керамического черепка.
Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностностно-активные вещества – сульфитнодрожжевая бражка.
4. Плавки, глазури и ангобы Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить
температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т. п.
Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью пли ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури — это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др..
Ангоб приготовляют из белой пли цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обоженного изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому цветная поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку
27 Классификация керамических изделий по строению черепка и назначению.
Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах.
В современном строительстве керамические изделия применяют почти во всех конструктивных элементах зданий, облицовочные и другие материалы используют в сборном домостроении. Керамические пористые заполнители—это основа легких бетонов. Специальная керамика обходима для химической и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изделии), электротехники и радиоэлектроники (электроизоляторы, полупроводники и др.), ее применяют в космической технике.
Керамические строительные материалы в зависимости от их структуры разделяют на две основные группы: пористые и плотные. Пористые поглощают более 5% воды (по массе), в среднем их водопоглощение составляет 8-20 % по массе или 14—36 % по объему. Пористую структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а также стенки дренажных труб и др. Плотные поглощают менее 5 % воды, чаще всего 1—4 % по массе или 2—8 % по объему. Плотную структуру имеют плитки для пола, дорожный кирпич, стенки канализационных труб и др.
По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и панели из них); кровельные изделия (черепица); элементы перекрытий; изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другие плитки, наборные панно, архитектурно-художественные детали); изделия для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасонные детали к ним — карнизы, уголки, пояски); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); теплоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые и др.); санитарно-технические изделия (умывальные столы, ванны, унитазы); плитка для пола; дорожный кирпич; кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним); огнеупоры; изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).
28 Основы технологии производства изделий строительной керамики.
1. Обработка глиняной массы Производство керамических изделий включает следующие этапы:
карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку и обжиг.
Карьерные работы включают добычу, транспортирование и хранение промежуточного запаса глины. Вылеживание замоченной глины и ее вымораживание в течение годичного срока на открытом воздухе разрушает природную структуру глины, она диспергируется на элементарные частицы, что повышает пластичность и формовочные свойства керамической массы.
Механическая обработка глины осуществляется с помощью глинообрабатывающих машин и имеет цель: выделить либо измельчить каменистые включения, гомогенизировать керамическую массу и получить необходимые формовочные свойства. После тонкого измельчения глину надо промять, чтобы получить глиняную массу с необходимой формовочной влажностью.
2. Формование Стеновые керамические изделия изготовляют способами пластического
формования и полусухого прессования. Из жидких глиняных масс (шликеров) изготовляют некоторые виды облицовочной плитки, санитарнотехнические и другие фаянсовые и фарфоровые изделия.
Способ пластического формования. Изделия стеновой керамики формуют из пластичных глиняных масс на ленточных шнековых прессах, которые могут быть вакуумными и безвакуумными
Способ полусухого прессования. Керамические изделия формуют способом полусухого прессования из шихты с влажностью 8—10%, уплотняемой прессованием под значительным давлением (15—40 МПа).
Способ полусухого прессования применяют в производстве обыкновенного и пустотелого глиняного кирпича, фасадных плиток. Главное преимущество полусухого прессования перед пластическим формованием — сокращение затрат энергии.
Способ литья. Особенности способа литья заключаются в том, что этот способ применителен к производству тонких (толщиной 2 мм) глазурованных мозаичных плиток, которые служат для облицовки фасадов.
3. Сушка сырца
Перед обжигом изделие надо высушить до содержания влаги не более 5 % во избежание неравномерной усадки и растрескивания при обжиге. Сушку сырца проводят в туннельных и камерных сушилках. Туннельные сушилки на кирпичных заводах работают по принципу противотока. Сырец на вагонетках движется по туннелю навстречу потоку горячего воздуха или дымовых газов. Длительность сушки кирпича-сырца в туннельных сушилках 16—З6 ч при начальной температуре теплоносителя 120150С.
Камерные сушилки представляют собой систему камер, каждая камера обогреваемся горячим воздухом пли горячими газами, отходящими из печей. После сушки керамические изделия, имеющие влажность не более 5 %, поступают в печь.
4. Обжиг изделий Обжиг завершает изготовление керамических изделий. В процессе
обжига формируется их структура, определяющая технические свойства изделия. Суммарные затраты па обжиг достигают 35—40%, а потери от брака достигают 10 % себестоимости товарной продукции.
Обжиг керамических изделий осуществляется в туннельных печах с автоматическим управлением (хотя на действующих кирпичных заводах работает значительное количество кольцевых печей).
Максимальная температура обжига кирпича и других стеновых керамических изделий (950—1000°С) необходима для спекания керамической массы. Спекание происходит вследствие цементирующего действия расплава эвтектик (жидкостное спекание), реакций в твердой фазе и кристаллизации новообразований.
При избыточном количестве расплава, что характерно для пережога, изделия теряют форму, оплавляются с поверхности. Недожог обусловлен незавершенностью процесса спекания. Он проявляется в характерных признаках: «алый» цвет кирпича, снижение прочности, сильное уменьшение водостойкости и морозостойкости. В туннельных печах щелевого типа достигается равномерность обжига, а следовательно, высокое качество и однородность продукции. После выгрузки из печи их сортируют с учетом технических условий, приводимых в ГОСТах.