Производство и применение строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУВПО «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

по Материаловедению

2011г.

1. Основы технологий получения известковых и гипсовых вяжущих веществ

гипсовый стеклоизделие керамический цемент

В строительстве известь известна с древних времен и применяется в качестве вяжущего вещества для изготовления кладочных и штукатурных растворов, известковых красок. Воздушную известь получают умеренным обжигом (не доводя до спекания) известковых или известково-магнезиальных пород, содержащих не более 8% примесей (глины, кварцевого песка и т. д.). Обожженная известь называется комовой, состоит из кусков с размерами 2-15 см, по фазовому составу представляет собой в основном оксид кальция, в подчиненном количестве - оксид магния, частично неразложившийся карбонат кальция, а также содержит небольшое количество алюминатов и ферритов кальция. Комовая известь является полупродуктом для получения известковых вяжущих.

Порошкообразные вяжущие вещества из комовой извести получают двумя способами: тонким измельчением получают молотую негашеную известь, которая по химическому составу и фазовому составу подобна комовой извести. Гашением комовой извести соответствующим количеством воды получают гидратную известь-пушонку, которая состоит преимущественно из гидроксида кальция Са(OH)₂, а также гидроксида магния Mg(OH)₂ и небольшого количества примесей. При гашении комовой извести водой до образования тестообразной массы (с содержанием физической и адсорбционно-связанной воды 45-50%) получают известковое тесто. В сухих строительных смесях (ССС) для штукатурок, шпатлевок, затирок, составов для кладки в качестве одного из минеральных вяжущих веществ применяют гидратную известь-пушонку. Технические требования, предъявляемые к строительной извести, и методы испытания известковых вяжущих веществ регламентированы ГОСТ 9179-77 и ГОСТ 22688-77. Основные требования, которые необходимо предъявлять к качеству гидратной извести, применяемой в составе ССС, следующие: - известь должна быть кальциевой, с низким (< 5%) содержанием оксида магния; повышение содержания MgO снижает пластичность гидратной извести, ухудшает долговечность известковых покрытий; - в гидратной извести должны отсутствовать частицы с размером 0.6 мм, так как грубые фракции ухудшают качество поверхности покрытий, в составе затирок приводят к царапанию облицовочной плитки, являются причиной неравномерности изменения объема в материале; - содержание непогасившихся зерен оксида магния и оксида кальция не должно превышать 1% и 2-3% соответственно, так как присутствие негидратированных оксидов может привести к запоздалому, медленному гашению в изделии и вызвать появление трещин вследствие увеличения объема; - влажность гидратной извести не должна превышать 5%, чтобы не вызывать комкование сухой смеси.

Гипсовые вяжущие вещества делят на две группы: низкообжиговые и высокообжиговые. Низкообжиговые гипсовые вяжущие вещества получают при нагревании двухводного гипса CaSO₄*2H₂O до температуры 180-160 ⁰С с частичной дегидратацией двуводного гипса и переводом его в полуводный гипс СаSO₄*0,5Н₂О. Высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие получаются обжигом двуводного гипса при более высокой температуре до 700-1000 ^оС с полной потерей химически связанной воды и образованием безводного сульфата кальция - ангидрита СаSО₄. К низкообжиговым относится строительный, формовочный и высокопрочный гипс, а к высокообжиговым - ангидритовый цемент и эстрих-гипс. Сырьём для производства гипсовых вяжущих служат гипсовый камень и природный ангидрит СaSO₄, а также отходы химической промышленности, содержащие двуводный или безводный сернокислотный кальций. Возможно применение гипсосодержащего природного сырья в виде сажи и глиногипса.

Гипсовым вяжущим (гипсом) называют воздушное вяжущее вещество, состоящее преимущественно из полуводного гипса и получаемое путем тепловой обработки гипсового камня при температуре 150-160 ⁰С. Получение гипса включает две операции:

1)термообработку гипсового камня на воздухе; при этом он теряет часть химически связанной воды, превращаясь в полуводный сульфат кальция в-модификации;

2)тонкий размол продукта, который можно производить как до, так и после переработки. Гипс - мягкий минерал (твёрдость по шкале Мосса 2). Таким способом производится основное количество гипса; обычно для этого используют гипсоварочные котлы, получается гипс Я-модификации. Доступность сырья, простота технологии и низкая энергоемкость производства делают гипс дешёвым и перспективным вяжущим. Химизм твердения гипса заключается в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой. Внешне - это выражается в превращении пластичного теста в твёрдую камнеподобную массу. Для гипса проблема снижения водопроводности - снижения пористости и повышения прочности была решена путём получения гипса в среде насыщенного пара или в растворах солей. В этих условиях образуется другая кристаллическая модификация полуводного гипса - б-гипс. Технические свойства гипса. Истинная плотность полуводного гипса 2,65-2,75 г/см³. По срокам схватывания гипс делят на 3 группы (А, Б, В)

По тонкости помола, определяемой максимальным остатком пробы гипса при просеивании на сите с отверстиями 0,2 мм, гипсовые вяжущие делят на 3 группы:

2. Разновидности стеклоизделий, их свойства и применение в строительстве

Стекло, твёрдый аморфный материал, полученный в процессе переохлаждения расплава. Для стекла характерна обратимость перехода из жидкого состояния в метастабильное, неустойчивое стеклообразное состояние. При определённых температурных условиях кристаллизуется. Стекло не плавится при нагревании подобно кристаллическим телам, а размягчается, последовательно переходя из твёрдого состояния в пластическое, а затем в жидкое. По агрегатному состоянию стекло занимает промежуточное положение между жидким и кристаллическим веществами. Упругие свойства делают стекло сходным с твёрдыми кристаллическими телами, а отсутствие кристаллографической симметрии (и связанная с этим изотропность) приближает к жидким. Склонность к образованию стекла характерна для многих веществ (селен, сера, силикаты, бораты и др.). Стеклом называют также отдельные группы изделий из стекла, например строительное стекло, тарное стекло, химико-лабораторное стекло и др. Изделия из стекла могут быть прозрачными или непрозрачными, бесцветными или окрашенными, люминесцировать под воздействием, например, ультрафиолетового и g-излучения, пропускать или поглощать ультрафиолетовые лучи и т.д.

Наибольшее распространение получило неорганическое стекло, характеризующееся высокими механическими тепловыми, химическими и др. свойствами. Основная масса неорганического стекла выпускается для строительства (главным образом листовое) и для изготовления тары. Эти виды продукции получают преимущественно из стекла на основе двуокиси кремния (силикатное стекло); применение находят также и др. кислородные (оксидные) стекла, в состав которых входят окислы фосфора, алюминия, бора и т.д.

К бескислородным неорганическим стеклам относятся стекла на основе халькогенидов мышьяка (As₂S₃), сурьмы (Sb₂Se₃) и т.д., галогенидов бериллия (BeFz) и т.д.По назначению различают: строительное стекло (оконное, узорчатое, стеклянные блоки и т.д.), тарное стекло, стекло техническое (кварцевое стекло, светотехническое стекло, стеклянное волокно и т.д.), сортовое стекло и т.д. Вырабатываются стекла, защищающие от ионизирующих излучений, стекла индикаторов проникающей радиации, фотохромные стекла с переменным светопропусканием, стекло, применяемое в качестве лазерных материалов, увиолевое стекло, пеностекло, растворимое стекло и др. Растворимое стекло, содержащее около 75% 3102, 24% Na₂O и др. компоненты, образует с водой клейкую жидкость (жидкое стекло); используется как уплотняющее средство, например для изготовления силикатных красок, конторского клея, в качестве диспергаторов и моющих средств, для пропитки тканей, бумаги и пр.

Физико-химические свойства стекла. Свойства стекла зависят от сочетания входящих в их состав компонентов. Наиболее характерное свойство стекла -- прозрачность (светопрозрачность оконного стекла 83--90%, а оптического стекла -- до 99,95%). Стекло типично хрупкое тело, весьма чувствительное к механическим воздействиям, особенно ударным, однако сопротивление сжатию у стекла такое же, как у чугуна. Для повышения прочности стекло подвергают упрочнению (закалка, ионный обмен, при котором на поверхности стекла происходит замена ионов, например натрия, на ионы лития или калия, химическая и термохимическая обработка и др.), что ослабляет действие поверхностных микротрещин (трещины Гриффитса), возникающих на поверхности стекла в результате воздействия окружающей среды (температура, влажность и пр.) и являющихся концентраторами напряжений, и позволяет повысить прочность стекла в 4--50 раз. Обычно для устранения влияния микротрещин применяют стравливание или сжатие поверхностного слоя. При стравливании дефектный слой растворяется плавиковой кислотой, а на обнажившийся бездефектный слой наносится защитная плёнка, например из полимеров. При закалке поверхностный слой сжимается, что препятствует раскрытию трещин. Плотность стекла 2200--8000 кг/м³, твёрдость по минералогической шкале 4,5--7,5, микротвёрдость 4--10 Гн/м², модуль упругости 50--85 Гн/м². Предел прочности стекла при сжатии равен 0,5--2 Гн/м², при изгибе 30--90 Гн/м², при ударном изгибе 1,5--2 Гн/м². Теплоёмкость стекла 0,3--1 кдж/кг -К, термостойкость 80°-- 1000 °С, температурный коэффициент расширения (0,56--12) 10⁹ 1/К. Коэффициент теплопроводности стекла мало зависит от его химического состава и равен 0,7--1,3 вт/(м^. К). Коэффициент преломления 1,4--2,2, электрическая проводимость 10^-8--10^-18 ом ^-1.см^-1, диэлектрическая проницаемость 3,8--16.

Оконное строительное стекло вырабатывается в виде плоских листов размером от 400 Х 400 до 1600 Х 2200 мм и толщиной от 2 до 6 мм, плотность 2470--2500 кг/м² средняя прочность при симметричном изгибе 40Мн/м² (400 кгс/см²), светопропускание 84--87%.

Полированное строительное стекло обладает минимальными оптическими искажениями, применяется для остекления витрин и оконных проёмов в общественных зданиях, для зеркал и т.д. Из полированного закалённого стекла толщиной 10--20 мм изготовляют стеклянные полотна для дверей размером от 2200 Х 700 до 2600 Х 1040 мм.

Узорчатое строительное стекло имеет с одной стороны рифлёную поверхность, предназначается для рассеяния света. Размеры его от 400 Х 400 до 1200 Х 1800 мм при толщине 3--6,5 мм. Узорчатое строительное стекло с матовым или «морозным» рисунком используют для остекления лестничных клеток, внутренних перегородок.

Цветное строительное стекло может быть окрашенным по всей толщине или состоять из 2 слоев -- основного бесцветного и тонкого цветного: применяют для витражей, декорирования мебели, остекления зданий.

Профилированное строительное стекло -- стекло с профилем швеллерного или коробчатого типа (стекор). Применяется как стеновой материал (гаражи, киоски, автобусные остановки и т.д.), толщина 6 мм, светопропускание 0,6--0,75%.

Марблит -- прокатанное глушёное цветное строительное стекло для облицовки стен внутренних помещений промышленных и общественных зданий.

Стеклянные трубы применяются в качестве трубопроводов на заводах химической и пищевой промышленности и в сельском хозяйстве; характеризуются повышенной коррозионной стойкостью в сравнении с металлическими. Потери на трение при протекании жидкости в стеклянных трубах на 22% ниже, чем у новых чугунных, и на 6,5% ниже, чем у новых стальных. Стеклянные трубы выпускаются с внутренним диаметром от 38 до 200 мм.

3. Основные свойства строительных материалов

Все свойства строительных материалов можно условно разделить на физические, химические, механические и технологические. Физические свойства в свою очередь подразделяют на общефизические, характеризующие структуру материала, гидрофизические, теплофизические и акустические.

К общефизическим свойствам относятся: истинная плотность, средняя плотность и пористость материала. Многие строительные материалы, в частности бетоны - капиллярнопористые тела. Истинная плотность (r) - масса единицы объема вещества в абсолютно плотном состоянии, без пор и пустот.

Согласно СТБ 4.211-94

, (1)

где r - истинная плотность, кг/м³;

т - масса, кг;

V - объем, занимаемый веществом, м³.

Для многокомпонентных композиционных материалов определяют средневзвешенное значение истинной плотности:

r=Sr_cim_i/Sm_i,

где r_ci - плотность i-го компонента бетона (например, плотность: кварцевого песка - r_c1=2650 кг/м³, цементных новообразований - r_c2=3100 кг/м³, вспученного перлитового песка (ВПП) - r_c3=2000 кг/м³);

m_i - содержание i-го материала в бетоне. Истинная плотность большинства строительных материалов больше единицы (за единицу условно принимают плотность воды при t = 4 °С).

Для каменных материалов плотность колеблется в пределах 2200 - 3300 кг/м³; органических материалов (дерево, битумы, пластмассы) - 900 - 1600, черных металлов (чугун, сталь) - 7250 - 7850 кг/м³. Средняя плотность (r_ср) - масса единицы объема материала (изделия) в естественном состоянии с пустотами и порами

, (2)

где - средняя плотность, кг/м³;

т - масса материала (изделия) в естественном состоянии, кг;

V - объем материала (изделия), м³.

Если образец имеет правильную геометрическую форму, его объем определяют путем вычислений по измеренным геометрическим размерам; если же образец неправильной формы, - по объему вытесненной жидкости. Для сыпучих материалов (песок, цемент, щебень, гравий) определяют насыпную плотность.

Насыпная плотность (r_н) - масса единицы объема сыпучих материалов в свободном (без уплотнения) насыпном состоянии. Формула расчета и размерность показателя те же, что в (1) и (2). В единицу объема таких материалов входят не только зерна самого материала, но и пустоты между ними. Количество пустот, образующихся между зернами рыхлонасыпного материала, выраженное в процентах по отношению ко всему занимаемому объему, называют пустотностью. Средняя плотность природных и искусственных материалов колеблется в широких пределах - от 10 кг/м³ (полимерный воздухонаполненный материал «мипора») до 2500 кг/м³ у тяжелого бетона и 7850 кг/м³ у стали. Данные средней плотности используют при подборе материала для изготовления строительных конструкций, расчетах транспортных средств, подъемно-транспортного оборудования.

При одинаковом вещественном составе средняя плотность характеризует прочностные свойства. Чем выше средняя плотность, тем прочнее материал. Для пористых строительных материалов истинная плотность больше средней плотности. Только для абсолютно плотных материалов (металлы, стекла, лаки, краски) показатели средней и истинной плотности численно равны. Важной характеристикой строительных материалов является их общая пористость (П). Поры бывают открытыми и условно закрытыми или замкнутыми.

При этом:

П_п=П₁+П₂,

где П₁, П₂ - доля, соответственно, открытых (капиллярных) и закрытых пор. По величине истинной и средней плотности рассчитывают общую пористость (П_п) материала в % (ГОСТ 12730.1-78)

4. Отделочно-облицовочные керамические изделия: разновидности; основы производства; свойства и применение

Керамические изделия для внутренней облицовки

Керамические плитки для внутренне облицовки ванных комнат, бань, прачечных, больничных и других помещений прочно вошли в строительную практику. В зависимости от назначения для внутренней облицовки применяют плитки для облицовки стен и полов.

Плитки для облицовки стен

В зависимости от используемого сырья плитки для облицовки стен делят на два вида: майоликовые и фаянсовые. Майоликовые облицовочные плитки изготавливают из легкоплавких глин с добавкой до 20% углекислого кальция в виде мела. При обжиге плиток получают пористый черепок, лицевую поверхность которого покрывают глазурью, а на тыльную сторону наносят бороздки для лучшего сцепления с поверхностью. Сырьевую массу для майоликовых плиток тщательно перемешивают. Формуют плитки на рычажном прессе, затем их сушат и обжигают; далее плитки покрывают глазурью и вторично обжигают. Слой глазури придает плиткам водонепроницаемость и высокие декоративные качества. Глазури имеют разный состав: они бывают прозрачные и непрозрачные (глухие), глянцевые и матовые, белые и цветные, тугоплавкие и легкоплавкие. Прозрачная глазурь придаёт лицевой поверхности плитки блеск, однако цвет её остаётся таким же, как цвет черепка, а непрозрачная (глухая) глазурь придаёт лицевой поверхности плитки цвет, отличный от цвета черепка. Глухие глазури могут иметь самый разнообразный цвет - от белого до чёрного.

Тугоплавкие глазури применяют для покрытия фарфоровых изделий и состоят из каолина, кварца и полевого шпата, а легкоплавкие глазури - из легкоплавких глин с добавкой мела и оксидов железа. Ими покрывают облицовочный кирпич, черепицу, канализационные трубы. Цветные глазури получают при введении в их состав красящих оксидов или солей металлов. Глазури применяют в виде суспензий, которые наносят на керамические изделия пульверизатором или кистью. Покрывать глазурью можно как предварительно обожженные изделия, так и сухой сырец. Лучшее качество глазури получают при нанесении её на обожжённые изделия. Фаянсовые плитки изготавливают из огнеупорных глин с добавкой кварцевого песка и плавней - веществ, понижающих температуру плавления (обычно полевого шпата и известняка или мела).

Плитки имеют белый или слабо окрашенный черепок, лицевая поверхность покрыта белой и окрашенной, прозрачной или глухой глазурью. Тыльной стороне облицовочных плиток придают рифлёную поверхность. Плитки в зависимости от формы бывают квадратные, прямоугольные и фасонные для углов, облицовки карнизов и плинтусов. Для внутренней облицовки применяют плитки длиной 150 мм, шириной 25, 50, 75 и 150 мм. Толщина плиток должна быть не более 6 мм, а плинтусных - не более 10 мм; плиток, изготовляемых из легкоплавких глин не менее 12 мм. К качеству плиток для внутренней облицовки стен предъявляют высокие требования. Плитки должны иметь правильную геометрическую форму, чёткие грани и углы, не иметь выпуклостей, выбоин и трещин, должны быть термически стойкими, т.е. будучи нагреты до температуры 100 ^?С, а затем помещены в воду с температурой 20^?С, не должны иметь на глазурованной поверхности трещин, околов глазури и цека - сетки мелких трещин.

Водопоглащение плиток не должно быть более 16%. Сырьём для изготовления плиток обычно служат массы из пластичной глины, каолина, кварца и полевого шпата. При производстве облицовочных плиток поступающие из карьера сырьевые материалы освобождают от посторонних примесей, подсушивают, дозируют по массе и направляют в шаровые однокамерные мельницы для измельчения и перемешивания с водой до образования суспензии, которую пропускают через вибрационные грохоты и направляют в сборник, оборудованный пропеллерным смесителем.

Из сборника суспензию подают мембранным насосом под давлением до 1,2 МПа в форсунки вверх с влажностью 40…50%, а затем попадает в среду с температурой 300…350^?С и высушивается, превращаясь в гранулы крупностью до 1…1,5 мм и влажностью до 7%. Эти гранулы оседают в нижнем конусе сушила и, проходя через сито, поступают в бункер вылеживания, а оттуда на конвейерную линию. Конвейерная линия состоит из прессового участка, цепного или сетчатого транспортёра, по которому плитка поступает в сушильные камеры, участка глазурования и роликовых обжиговых печей туннельного типа. Обожжённую плитку сортируют по размерам, цвету, типу и сорту и упаковывают в ящики. Плитки применяют для внутренней облицовки стен в санузлах, кухнях и других помещениях с повышенной влажностью.

Плитки для полов

Плитка для пола имеет прямоугольную, шестигранную, восьмигранную, треугольную длиной грани 50…150 мм и толщиной 10…13 мм), чёткие грани и углы, без выпуклостей, выбоин и трещин; высокую плотность, водопоглащение не более 4%; повышенное сопротивление истираемости (потери в массе при испытании плиток на истираемость не должны превышать 0,1 г/см² для полов с повышенной истираемостью и 0,25 г/см² для полов прочих помещений). Полы из керамических плиток водонепроницаемы, хорошо сопротивляются истирающим условиям, легко моются, долговечны, кислото- и щелочестойки. Однако они имеют и некоторые недостатки: большую теплопроводность, слабое сопротивление удару, малые размеры. Плитки для полов применяют в вестибюлях общественных зданий, банях, прачечных, санузлах, на предприятиях химической промышленности и т.д.

Керамические плитки для полов выпускают двух видов: керамические крупные плитки и мозаичные плитки. Керамические крупные плитки по форме бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, четырёхгранные, пятигранные и восьмигранные. По виду лицевой поверхности различают плитки гладкие, шероховатые и тиснёные. Обратную (тыльную) сторону плиток делают рифлёной. Плитки бывают одноцветные и многоцветные.

Водопоглащение плиток не должно превышать 4%, а потеря в массе должна быть не более 0,1-0,25 г/см². При устройстве пола плитки крепят к основанию цементным раствором или битумными мастиками. Мозаичные плитки квадратные и прямоугольные со сторонами 23 и 48 мм изготавливают толщиной 6 и 8 мм. Цвет плиток может быть белым, жёлтым, красным, серым и др. Водопоглащение - до 4%.

Мозаичные плитки на заводе наклеивают водорастворимыми клеями на квадратные листы крафт-бумаги с раскладкой по определённому рисунку. Листы с наклеенными плитками упаковывают в пачки до 10 шт. в каждой и хранят в закрытых помещениях, не допуская пересыхания или размягчения клея. Различные варианты рисунков пола можно получать путём резки листов на части и соединения этих частей в различных комбинациях. Применение этих мозаичных плиток даёт возможность значительно снизить трудоёмкость настилки полов, а частые швы делают полы менее скользкими по сравнению с полами из керамических крупных плиток. Сырьём для изготовления керамических плиток для полов служат высокосортные пластичные глины с отощающими и понижающими температуру плавления добавками.

Для придания плиткам необходимого цвета вводят красители (хромистое железо, оксид кобальта и др.). В производстве плиток применяют два способа подготовки массы для формования: мокрый и полусухой. Мокрый способ используют при глинах, требующих добавок плавней и красящих веществ. Сухой способ применяют при однородных глинах, не требующих добавок. При полусухом способе вначале глину тщательно измельчают, затем подсушивают до влажности 5…7% и вновь измельчают и просеивают. Измельченная и просеянная масса вылеживается 24…28 ч для выравнивания влажности и поступает на прессование. При мокром способе глину измельчают, а затем разбалтывают в большом количестве воды вместе с добавками. Из резервуара массу подают в фильтр-прессы, где её обезвоживают до влажности 5…7% и размалывают на бегунах. Измельченная масса на 24…28 ч поступает в бункера для вылеживания, а оттуда на прессование.

Материалы для облицовки фасадов зданий. Для облицовки фасадов зданий применяют лицевые кирпич и камни, фасадные малогабаритные плитки и ковровую керамику.

Кирпич и камни керамические лицевые

Кирпич и камни, керамические лицевые изготавливают из глин, трепелов и диатомитов методами пластического формирования или полусухого прессования с добавками или без них с нанесением фактурного слоя или без него марок по прочности: 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75 и марок по морозостойкости: Мр25, 35, 50. По пределам прочности при сжатии и при изгибе, по форме, размерам, средней плотности, водопоглащению они должны соответствовать требованиям ГОСТов. Эти материалы являются не только художественно-декоративными изделиями, но и укладываются вместе с кладкой стены и служат конструктивным несущим элементом наряду с обычным кирпичом. Обычный цвет лицевого кирпича от тёмно-красного до светло-красного. Технология производства лицевого кирпича аналогична производству обыкновенного керамического кирпича пластическим или полусухим способом.

За последние годы проведены экспериментальные исследования и внедрен на ряде предприятий новый эффективный метод получения лицевого кирпича и керамических камней из легкоплавких красножгущихся глин с помощью ангобирования. Процесс ангобирования заключается в нанесении специальными форсунками на свежесформованный или высушенный кирпич тонкого цветного лицевого слоя, усиливающего или маскирующего после обжига структуру и цвет черепка. Для окрашивания поверхности лицевого кирпича применяют морозостойкие различные по цвету составы ангобов (белый, серый, зелёный, голубой, ярко-красный, кремовый, коричневый и др.).

Для получения ангоба используют часов-ярскую или веселовскую глины и люберецкий песок. Эту смесь тщательно измельчают в шаровых или вибрационных мельницах и к ним добавляют краситель. Так, для получения зелёного ангоба добавляют к указанной смеси до 10% оксида хрома, а для получения ангоба голубого цвета - до 3% оксида кобальта. Кирпич и камни лицевые изготавливают сплошные и пустотелые. Лицевая поверхность кирпича и камней может быть гладкая, рифленая и офактуренная. Рифленое офактуривание поверхности производят путём обработки ещё влажного кирпича сырца специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками.

Плитки фасадные керамические

Их изготавливают из беложгущихся или цветных глин. Изделия небольших размеров формируют из тощих (малопластичных) кирпичных глин. Во всех случаях в сырьё добавляют шамот. Подготовку глиняной массы производят по сухому способу: вначале сырьё высушивают, измельчают и увлажняют, после чего тщательно перемешивают до получения однородной массы. Наиболее простой способ изготовления облицовочных плиток - формование на ленточном вакуум-прессе. Облицовочные плитки изготавливают также и полусухим способом. При полусухом способе сушка исключается, изделия после формования идут на обжиг. Обожженные изделия сортируют по типу и цвету и хранят в штабелях на деревянных подкладках, защищая их от загрязнения и увлажнения.

В настоящее время фасадные плиты выпускают в ограниченном количестве, так как они сложны в изготовлении, громоздки и требуют высококачественного сырья. Крупнопанельное домостроение требует массового выпуска красивых и долговечных материалов, которые обеспечивали бы возможность отделки стеновых панелей в процессе изготовления сборных элементов. Таким требованиям отвечают тонкостенные керамические плитки, обладающие высокой прочностью, имеющие разнообразную окраску и красивую поверхность. Наиболее распространенным способом производства облицовочных плиток является полусухое прессование. Большинство заводов выпускает неглазурованные и глазурованные плитки размером 120Ч65 мм, небольшая масса которых позволяет изготовлять на них керамические ковры, что обеспечивает отделку панельных конструкций в процессе их изготовления. Фасадные малогабаритные плитки выпускают разных размеров и назначения.

Плитки типа «кабанчик» размером 120Ч65Ч7 мм по технологии изготовления во многом схожи с коврово-мозаичной плиткой. Такие плитки выпускают из беложгущихся глин неглазурованные и глазурованные и применяют как для облицовки панелей, будучи наклеенными на бумагу (в виде ковров), так и для облицовки готовых фасадных поверхностей. Фасадная облицовка в виде ковров, набранных из боя некондиционных глазурованных и неглазурованных плиток (брекчия), придаёт своеобразный облик отделываемым ею зданиям. Плитки размером 250Ч140Ч10 мм (наиболее крупные из всех фасадных керамических плиток) изготовляют неглазурованными и глазурованными из беложгущихся тугоплавких или огнеупорных глин методом прессования. Их применяют как изделия прислонного крепления для облицовки фасадных поверхностей, в том числе при изготовлении панелей. Цокольные глазурованные плитки размером 150Ч75Ч7 мм являются изделиями штучного прислонного крепления (в виде наборных ковров их не выпускают). Эти плитки изготовляют со спекшимся черепком и покрывают прозрачной или глухой глазурью. Такие плитки применяют преимущественно для фасадной облицовки цоколей зданий и подземных переходов

Ковровая керамика глазурованная и неглазурованная

Ковровая керамика глазурованная и неглазурованная представляет собой мелкоразмерные тонкостенные плитки различного цвета, наклеиваемые в виде ковров на бумажную основу. Плитки могут быть изготовлены различных цветов, блестящими и матовыми, покрыты прозрачными или глухими глазурями; их выпускают 32 типоразмеров, квадратной, прямоугольной, треугольной, ромбической и трапециевидной формы со стороной 25…125 мм, массой 1 м² плитки 4,5 кг. В нашей стране значительное распространение получило производство мозаичных облицовочных плиток методом литья. Сущность этого метода заключается в нанесении на пористые керамические формы-подставки трёх слоёв: разделительного, основного слоя плиточной массы и глазури. Формы-подставки перемещаются на литейном конвейере, при этом влага шликеров впитывается ими и на их поверхности образуется плиточный слой толщиной 2,5…3,5 мм. В дальнейшем плиточный слой разрезают дисковыми ножами на плитки установлено формы и размеров.

С литейного конвейера подставки с отлитыми плитками поступают на сушку. Сушка продолжается около 15 мин при температуре 220…250^?С. Далее плитки поступают в щелевые роликовые печи на обжиг, который продолжается 35 мин при температуре 950…1050 ^?С. После обжига плитки снимают с подставок, наклеивают на листы бумаги, очищают от разделительного слоя и подают на склад готовой продукции. Плитки ковровой керамики должны удовлетворят следующим требованиям: водопоглащение - не менее 6 и не более 12%, морозостойкость - 25 циклов, масса 1 м² плиток в зависимости от толщины - 6…8 кг, лицевая поверхность - гладкая, без трещин, зазубрин и расслоений. Набор ковров производят как из одноцветных, так и разноцветных плиток, с относительным сопротивлением продавливанию не менее 0,3 МПа, наклеенных на крафт-оберточную бумагу клеем, обеспечивающим прочность приклейки. После облицовки клей должен легко смываться. Плитки ковровой керамики применяют для облицовки крупных блоков и панелей, стен вестибюлей и лестничных клеток жилых и общественных зданий.

5. Специальные виды цементов: разновидности, принцип получения, области применения в строительстве

Быстродействующий портландцемент получается за счет повышенного содержания в клинкере быстродействующих материалов С₃S и С₃А. Для ускорения процессов твердения необходим более тонкий и однородный помол сырьевой смеси, использование исходных материалов по возможности с аморфной структурой, поддержание повышенных температур при обжиге с добавлением в смесь минерализаторов, более быстрое охлаждение клинкера, выходящего из зоны спекания, более тонкий помол клинкера.

Скорость нарастания прочности цементного камня можно увеличить также путём введения химической добавки - хлористого кальция, соляной кислоты или других веществ аналогичного действия, вводимых в малых дозах. Сверхбыстродействующий высокопрочный портландцемент (СБТЦ) отличается высокой ранней прочностью. При использовании СБТЦ можно через 1- 4 ч получать прочность бетона, достаточную для распалубки изделий. В технологический период при изготовлении СБТЦ в сырьевую смесь вводят галогеносодержащиеся вещества. В ряду быстротвердеющих и сверхбыстротвердеющих цементов возможно по своим свойствам расположить ещё особобыстротвердеющий цемент. Он является высокопрочным и в возрасте 1 сутки. Имеет предел прочности при сжатии 20-25 МПа. Сульфатостойкий портландцемент получают при совместном тонком помоле клинкера специального состава с гипсом 8%. Сульфатостойкий портландцемент имеет марку 400, не должен содержать минеральных добавок. Разновидности этого цемента: сульфатостойкий портландцемент имеет марку 400 и 500, сульфатостойкий шлакопортландцемент марок 300 и 400 и пуццолановый портландцемент марок 300 и 400. Их применяют при строительстве подземных и подводных частей сооружений, подвергающихся сульфатной коррозии.

Портландцементы с поверхностно-активными добавками Пластифицированный портландцемент - продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с двуводным гипсом и с добавлением при помоле около 0,25% сульфидно-дрожжевой бражки или другой пластифицирующей добавки. Гидрофобный портландцемент - продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера с двуводным гипсом с добавлением при помоле гидрофобизирующих добавок.

Портландцементы с поверхностно-активными добавками применяют для бетонных и железобетонных наземных, подземных и подводных конструкций, а также работающих в условиях циклического замораживания или увлажнения. Белые и цветные портландцементы. Сырьём для заводского производства служат чистые известняки и глины. По степени белизны белый портландцемент делится на три сорта. Степень белизны определяют фотометром ФМ-58. Цветные цементы получают путём совместного помола клинкера белого портландцемента со щёлочестойкими и светостойкими пигментами. Белые и цветные портландцементы выпускают марок М 400 и М 500. Их применяют для архитектурно отделочных работ.

Портландцемент дорожный получают совместным помолом портландцементного клинкера с повышенным содержанием С₃S, но ограниченная C₃A, а также гипса. Выпускают этот цемент двух марок: 400 и 500. Расширяющийся портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, состоящее из портландцементного клинкера, глиноземистого клинкера, доменного гранулированного шлака и гипса. РПЦ характеризуется быстрым твердением водонепроницаемостью до 1,2 МПа, а также повышенной морозостойкостью цементного камня. Алинитовый цемент состоит из глинистого компонента и добавки раствора хлористого кальция. Активность алинитового цемента составляет 40-60 МПа. Механоактивированный портландцемент. Реакционная способность, выражаемая в приросте гидравлической активности на 30-40 МПа.

Глиноземистый цемент и его разновидности. Расширяющийся водонепроницаемый цемент получают способом тщательного перемешивания глиноземистого цемента, гипса и молотого высокоосновного гидроаллюмината кальция. Он является быстросхватывающимся и быстро твердеющим гидровлическим вяжущим веществом. Данный цемент используют при восстановлении железобетонных конструкций, заделки трещин разного рода. Гипсоглиноземистый расширяющийся цемент - гидравлическое быстро твердеющее вещество, получаемое совместным помолом высокоглиноземистого шлака с двуводным сернокислым кальцием. Деформативная способность ГГРЦ выше, чем у глиноземистого цемента. Он предназначен для получения безусадочных и расширяющихся водонепроницаемых бетонов, для заделки стыков сборных бетонных и железобетонных конструкций.

Напрягающийся цемент - быстросхватывающееся, быстротвердеющее, расширяющееся вяжущее вещество, получаемое тщательным смешением в определённой дозировке при совместном помоле силикатного, алюминатного и сульфатного компонентов. Выделяют разновидности напрягающего цемента: НЦ-2, НЦ-4 и НЦ-6. НЦ применяют для изготовления конструкций из самонапряжённого железобетона, также для гидроизоляции шахт, подвалов.

Смешанные цементы как разновидности комплексных вяжущих веществ. Портландцемент пуццолановый - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, гипса и минеральной добавки, или тщательным смешиванием тех же раздельно измельчённых материалов. Этот цемент отнесён по стандарту к группе сульфатостойких. Пуццолановый портландцемент имеет марки 300 и 400, его используют для сооружения бетонных и железобетонных конструкций. Сульфатостойкий пуццолановый портландцемент изготовляют из клинкера нормированного минералогического состава и гипса. Его марка по прочности - 400. Используется для изготовления бетонных и железобетонных конструкций. Шлакопортландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, получаемое совместным тонким измельчением портландцементного клинкера, доменного гранулированного или электротермофосфорного шлака и гипса.

6. Основы производства портландцемента

Процесс производства портландцемента складывается из следующих основных технологических операций:

1) добыча сырьевых материалов и доставка их на завод;

2) дробление и помол сырьевых материалов;

3) приготовление и корректирование сырьевой смеси;

4) обжиг смеси (получение клинкера);

5) помол клинкера с добавками (получение цемента). В зависимости от вида подготовки сырья на обжиг различают - мокрый способ - сухой способ - полусухой способ - комбинированный способ производства портландцементного клинкера. При мокром способе производства помол сырьевых материалов, их смешивание и корректирование сырьевой смеси осуществляются в присутствии определенного количества воды, а при сухом способе все перечисленные операции производятся с сухими материалами. В некоторых случаях сухую сырьевую смесь гранулируют, добавляя при грануляции необходимое для образования прочных гранул количество воды. Такой способ производства портландцементного клинкера называется полусухим. Каждый из этих способов имеет достоинства и недостатки. Например, в присутствии воды облегчается измельчение материалов и проще достигается однородность смеси, но расход тепла на обжиг сырьевой смеси при мокром способе на 30-40% больше, чем при сухом. Кроме того, значительно возрастает необходимый объем печи при обжиге мокрой сырьевой смеси (шлама), так как значительная часть ее выполняет функции испарителя воды. На рисунке 1 представлена общая схема производства портландцемента.

Рис. 1 Общая схема производства цемента

Сущность комбинированного способа заключается в том, что сырьевую смесь приготовляют по мокрому способу, а затем ее максимально обезвоживают (фильтруют) на специальных установках и в виде полусухой массы обжигают в печи. Мокрый способ производства. На цементных заводах, работающих по мокрому способу, в качестве сырьевых материалов для производства портландцементного клинкера обычно используют мягкий глинистый и твердый известняковый компоненты.

Технологическая схема производства цемента мокрым способом представлена на схеме 1. Начальной технологической операцией получения клинкера является измельчение сырьевых материалов. Необходимость тонкого измельчения сырьевых материалов определяется тем, что однородный по составу клинкер можно получить лишь из хорошо перемешанной сырьевой смеси, состоящей из мельчайших частичек ее компонентов.

Куски исходных сырьевых материалов нередко имеют размеры до 1200 мм. Получить из таких кусков материал в виде мельчайших зерен можно только за несколько приемов. Вначале куски подвергаются грубому измельчению - дроблению, а затем тонкому помолу. Для грубого измельчения материалов применяют различные дробилки, а тонкое измельчение в зависимости от свойств исходных материалов производят в мельницах или в болтушках в присутствии большого количества воды. При использовании в качестве известкового компонента мела, его измельчают в болтушках. Если применяют твердый глинистый компонент, то после дробления его направляют в мельницу. Из болтушки глиняный шлам перекачивают в мельницу, где измельчается известняк. Совместное измельчение двух компонентов позволяет получать более однородный по составу сырьевой шлам.

Схема 1. Мокрый способ производства портландцемента

В сырьевую мельницу известняк и глиняный шлам подают в определенном соотношении, соответствующем требуемому химическому составу клинкера. Однако даже при самой тщательной дозировке исходных материалов не удается получить из мельницы шлам необходимого химического состава из-за колебаний химического состава сырья одного и того же месторождения. Чтобы получить шлам заданного химического состава, его корректируют в бассейнах

Для этого в одной или нескольких мельницах приготовляют шлам с заведомо низким или высоким содержанием CаCO₃ (называемым титром) и этот шлам в определенной пропорции добавляют в корректирующий шламовый бассейн. Приготовленный таким образом шлам, представляющий собой сметанообразную массу с содержанием воды до 35-45%, насосами подают в расходный бачок, откуда равномерно сливают в печь. Для обжига клинкера при мокром способе производства используют вращающиеся печи. Они представляют собой стальной барабан длиной до 150-230 м и диаметром до 7 м, футерованный внутри огнеупорным кирпичом; производительность таких печей достигает 1000-3000 т клинкера в сутки. Охлажденный клинкер отправляют на склад.

В ряде случаев клинкер из холодильника направляют непосредственно на помол в цементные мельницы. Перед помолом клинкер дробят до зерен размером 8-10 мм, чтобы облегчить работу мельниц. Измельчение клинкера производится совместно с гипсом, гидравлическими и другими добавками. Совместный помол обеспечивает тщательное перемешивание всех материалов, а высокая однородность цемента является одной из важных гарантий его качества. Гидравлические добавки, будучи материалами сильно пористыми, имеют, как правило, высокую влажность (до 20-30% и более). Поэтому перед помолом их высушивают до влажности примерно 1%, предварительно раздробив до зерен крупностью 8-10 мм. Гипс только дробят, так как его вводят в незначительном количестве и содержащаяся в нем влага легко испаряется за счет тепла, выделяющегося в мельнице в результате соударений и истирания мелющих тел друг с другом и с размалываемым материалом.

Из мельницы цемент транспортируют на склад силосного типа, оборудованный механическим (элеваторы, винтовые конвейеры), пневматическим (пневматические насосы, аэрожелоба) или пневмомеханическим транспортом. Отгружают цемент потребителю либо в таре - в многослойных бумажных мешках по 50 кг, либо навалом в контейнерах, автомобильных или железнодорожных цементовозах, в специально оборудованных судах. Каждая партия цемента снабжается паспортом. Сухой способ производства Производство портландцементного клинкера по сухому способу складывается из следующих операций (схема 2):

Схема 2. Сухой способ производства портландцемента

Известняк и глину предварительно дробят, затем высушивают до влажности примерно 1% и измельчают в сырьевую муку. Сушат известняк и глину либо раздельно, используя для этой цели сушильные барабаны или другие тепловые аппараты, либо совместно в сырьевых сепараторных мельницах, в которых одновременно осуществляются помол и сушка материалов. Последний способ более эффективен и применяется на большинстве новых заводов, работающих по сухому способу.

Для получения сырьевой муки определенного химического состава мельниц ее направляют сначала в смесительные, а затем в корректирующие силосы, куда дополнительно подается сырьевая мука с заведомо низким или высоким титром (содержанием CаCO₃). В силосах мука перемешивается сжатым воздухом. Подготовленная сырьевая смесь поступает в систему циклонных теплообменников, состоящую из нескольких (обычно четырех) степеней циклонов, соединенных между собой и с короткой (40-70 м) вращающейся печью газоходами. Проходя последовательно через все циклоны, сырьевая мука нагревается движущимися ей навстречу дымовыми газами, выходящими из печи. Время пребывания смеси в циклонных теплообменниках не превышает 25-30 с. Несмотря на это, сырьевая мука не только успевает нагреться до температуры 700-800 С, но и полностью дегидратируется и частично (на 20-25%) декарбонизируется. Из циклонов материал поступает в печь, где происходят дальнейшие реакции образования цементного клинкера. Из печи клинкер пересыпается в холодильник, и после охлаждения направляется на клинкерный склад. Полусухой способ производства Схема получения портландцементного клинкера при полусухом способе производства состоит из следующих операций (схема 3):

Приготовление сырьевой муки в этом случае производится как и при сухом способе производства. Полученная мука проходит стадию грануляции в барабанных или тарельчатых грануляторах, и в виде гранул размером 10-20 мм и влажностью 11-16% поступает на обжиг. Гранулированную сырьевую смесь обжигают в коротких вращающихся печах, оборудованных конвейерными кальцинаторами (эти установки для получения клинкера называют печами Леполь).

Схема 3. Полусухой способ получения портландцемента

Гранулы сначала поступают на конвейерный кальцинатор - бесконечную, заключенную в неподвижный кожух колосниковую решетку, движущуюся со скоростью 25-50 м/ч. Выходящие из печи газы проходят через слой гранул, лежащий на решетке, и нагревают материал до температуры около 900 С, полностью высушивая его и частично на 20-30% декарбонизируя.

Подготовленный таким образом материал поступает во вращающуюся печь, в которой завершается образование цементного клинкера. Гранулированную или брикетированную сырьевую смесь можно обжигать в шахтных печах, которые представляют собой вертикальную шахту, футерованную внутри огнеупорным кирпичом. В этом случае гранулирование или брикетирование сырьевой смеси производится совместно с частицами угля, которые добавляют в муку при ее помоле (способ "черного брикета"). Гранулы или брикеты поступают в шахтную печь сверху, нагреваются горячими дымовыми газами и за счет сгорания запрессованных в них частичек угля. Образовавшийся клинкер выгружается внизу шахты и направляется на склад. Остальные операции производства портландцемента не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.

Комбинированный способ производства Комбинированный способ производства портландцемента заключается в подготовке сырьевых материалов по мокрому способу, а обжиге смеси - по схеме полусухого. Основные технологические операции и последовательность их выполнения при комбинированном способе получения клинкера следующие (схема 4):

Схема 3. Комбинированный способ получения портландцемента

Приготовленный в сырьевой мельнице шлам влажностью 35-45% после его корректировки поступает в дисковый или барабанный вакуумфильтр, где он обезвоживается до влажности 16-20%. Образующийся при этом сухарь смешивается затем с пылью, уловленной электрофильтрами из дымовых газов печи; добавка пыли предотвращает слипание "сухаря" и снижает остаточную влажность в нем до 12-14%. Приготовленная таким образом сырьевая смесь поступает на обжиг, который может осуществляться в печах полусухого способа производства. Остальные операции производства портландцемента по комбинированному способу не отличаются от соответствующих стадий мокрого способа производства.

Портландцемент используют во всех областях стройиндустрии для приготовления цементных и бетонных растворов, сухих строительных смесей, для производства бетонных и железобетонных изделий и конструкций, а также в производстве асбестоцементных изделий.

7. Классификация строительных материалов по структуре

Существует большое количество разнообразных строительных материалов. Их номенклатуру стремятся представить в виде системных классификаций.

В качестве классификационных признаков выбирают: вид исходного сырья, технологические признаки, назначение и область применения материалов, основной показатель качества и др. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая - к искусственным материалами.

К природным строительным материалам относятся материалы, получаемые непосредственно из недр земли или в результате переработки лесных массивов в "деловой лес". Этим материалам придают определенную форму и размеры, но не изменяют их состава, внутреннего строения. К природным материалам относятся природные каменные материалы, древесина и материалы на основе растительного сырья - камыш, солома, лузга, костра и т.п., а также природный битум, асфальт, озокерит, казеин. Природные материалы могут быть органическими и неорганическими.

Искусственные строительные материалы в единой классификации, предложенной И.А. Рыбьевым, подразделяются на безобжиговые и обжиговые. У безобжиговых материалов затвердение происходит при обычных сравнительно невысоких температурах в результате химических и физико-химических превращений вяжущего вещества, с кристаллизацией новообразований из растворов, а также материалов, отвердевание которых происходит в условиях автоклавов при повышенной температуре (175 - 200°С) и давлении водяного пара (0,9-1,6 МПа). Иногда выделяют автоклавные материалы. Обжиговые материалы затвердевают при остывании огненно-жидких расплавов, выполняющих функцию вяжущего вещества. Как и во всякой классификации, здесь трудно провести четкую границу между двумя-тремя группами, поскольку возможны конгломераты, затвердевание которых происходит при совмещенных процессах кристаллизации и остекловывании растворов и расплавов. Условность указанного деления можно отметить еще и в том, что для получения безобжиговых конгломератов применяют обжиговые вяжущие вещества.

Безобжиговые материалы и их конгломераты, а также вяжущие вещества представлены неорганическими, органическими, полимерными и комплексными веществами. Полимеры выделены из органических веществ в самостоятельную группу, чтобы отметить их специфичность.

К неорганическим материалам относятся: клинкерные и клинкерсодержащие цементы (портландцемент и его разновидности, глиноземистый цемент), гипсовые, известковые, магнезиальные вяжущие вещества, жидкое стекло, вяжущие вещества на основе шлака и др.

К органическим материалам - битумные и дегтевые материалы, производные от них - эмульсии и пасты.