Материаловедение (стр. 8 )

К несущим клееным конструкциям относят плоские конструкции - балки, фермы, рамы, арки, панели и пространственные – оболочки, купола и т. п. В качестве ограждающих конструкций используются панели размерами 3х1,5 м и 6х1,5 м с обшивкой из фанеры и другие конструкции.

Модифицированная древесина – цельная древесина с направленно измененными свойствами (прессованная древесина, пластифицированная аммиаком, модифицированная синтетическими смолами).

Материалы на базе неделовой древесины и отходов деревообработки – древесностружечные плиты ДСП, цементностружечные плиты ЦСП, древесноволокнистые плиты ДВП, фибролит и арболит. Древесноволокнистые плиты выпускаются в виде мягких плит для тепловой изоляции и в виде тонколистового прочного материала с гладкой поверхностью – твердые ДВП или оргалит. Оргалит используют для обшивки стен, потолков, при настилке полов и как основа сборных элементов покрытия пола – ламината. Оргалит не рекомендуется использовать во влажных помещениях, так как при контакте с водой он набухает и деформируется.

Для отделки помещений с влажным режимом эксплуатации (ванные комнаты, туалеты и т. п.) используют сверхтвердые ДВП плотностью 1100-1200 кг/м3, в состав которых вводят термореактивные смолы. Поверхности таких плит обычно окрашивают или ламинируют декоративными пленками.

Вопросы для самоконтроля к разделу 2

1. Как получают природные каменные материалы?

2. Что такое минерал, горная порода?

3. Как классифицируются горные породы?

4. Охарактеризуйте группу магматических (осадочных, метаморфических) горных пород.

5. Как происхождение горных пород влияет на их строение и свойства?

6. Каковы технические требования к каменным материалам?

7. Назовите и охарактеризуйте основные виды изделий из природного камня

по способу обработки.

8. Каков химический состав древесины?

9. Назовите основные элементы макро - и микроструктуры древесины.

10.Перечислите положительные и отрицательные свойства древесины.

11. Что подразумевается под пороками древесины?

12. Какие виды влаги различают в древесине и как свойства древесины зависят от влажности?

13. Как защищать древесину от гниения и возгорания?

14. Назовите и охарактеризуйте основные виды материалов, изделий и конструкций из древесины.

РАЗДЕЛ 3. МАТЕРИАЛЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ

Путем нагревания минерального сырья до его спекания или плавления помимо описанных в данном разделе материалов – керамики и неорганических вяжущих веществ - получают также стекло, ситаллы (стеклокристаллические материалы), изделия из каменных расплавов, металлы и сплавы. Ознакомиться с этими материалами можно, воспользовавшись рекомендуемой литературой.

Глава 5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

5.1. Общие сведения

Керамическими называются искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из минерального сырья путем формования и последующего обжига при высоких температурах.

Название «керамика» происходит от греческого слова «keramos» - глина. Керамические материалы являются самыми древними из известных искусственных каменных материалов: начало применения керамического кирпича - 3500 лет до н. э.

В настоящее время керамические изделия, в т. ч. специальные, широко используются не только в строительстве, но и в машиностроении, ядерной энергетике, электронной, ракетной и других отраслях промышленности. Значительный интерес представляет оксидная техническая керамика, а также металлокерамика.

Современное строительное производство использует широкий круг керамических материалов и изделий с различными свойствами. Их классифицируют по ряду признаков:

- по назначению керамические изделия подразделяются на стеновые, кровельные, отделочные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные, заполнители для бетонов и др.;

- по структуре разделяют на пористые, имеющие водопоглощение по массе более 5% (кирпич и камни стеновые, кровельные, облицовочные материалы, дренажные трубы и др.) и плотные, имеющие волопоглощение по массе менее 5% (плитки для пола, дорожный кирпич, стенки канализационных труб и др.).

- по температуре плавления подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 13500С), тугоплавкие (13500С-15800С), огнеупорные (15800С-20000С), высшей огнеупорности (более 20000С).

Керамические материалы занимают одно из первых мест по объемам производства не только благодаря широкой номенклатуре изделий и высокой долговечности, но и сравнительной простоте технологии при больших запасах широко распространенного сырья.

5.2. Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьем для производства керамических материалов служат глины и каолины. Каолины состоят преимущественно из минерала белого цвета - каолинита Al2O3.2SiO2.2H2O, имеющего частицы менее 0,01 мм; они малопластичны, характеризуются тугоплавкостью, после обжига сохраняют белый цвет.

Глины характеризуются разнообразным минеральным составом: помимо каолинита состоят из родственных ему минералов - монтмориллонита Al2O3.4SiO2.nH2O и галлуазита Al2O3.2SiO2.4H2O, а также минеральных и органических примесей.

Глины с преобладающим содержанием монтмориллонита, имеющего частицы размером менее 0,005 мм, весьма пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу. Такие глинистые породы называют бентонитами, содержание в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85-90%.

Химический состав глин характеризуется соотношением различных оксидов: Al2O3, SiO2, Fe2O3, СаО, Na2O, MgO и K2O. Примеси (кварц, слюда, полевые шпаты, кальцит, магнезит и др.), входящие помимо глинистых минералов в состав глин, уменьшают пластичность. Наличие СаСО3 может явиться причиной появления так называемых “дутиков” и трещин в изделиях.

Гранулометрический состав глин характеризуется частицами, различными по крупности: 5,0-0,16 мм - песчаные фракции; 0,16-0,005 мм - пылевидные фракции, менее 0,005 мм - глинистое вещество.

Глины как сырье для керамики оценивают комплексом свойств, главным из которых является пластичность.

Свойства глин как сырья для керамических изделий

Пластичность - свойство глины во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздействия желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму после прекращения действия усилий. Пластичность обусловлена образованием тонких слоев воды между пластинчатыми частицами глины, способствующих набуханию глины и скольжению частиц друг относительно друга без потери связности. Степень пластичности зависит от гранулометрического, минерального состава глин, формы частиц, содержания примесей и количества воды. Чем большн в глине содержание мельчайших частиц (менее 0,005 мм), тем она пластичнее. Пластичность характеризуется числом пластичности Пл (разность влажностей, соответствующих пределу текучести глины и пределу раскатывания глиняного жгута). Для производства хороши умеренно пластичные глины (Пл = 7-15%). Малопластичные глины (тощие) с Пл<7% плохо формуются, а средне - (Пл =15-25%) и высокопластичные (Пл>25%) глины дают большую усадку при сушке, растрескиваются и требуют отощения.

Связность (связующая способность глины) - способность глиняного теста связывать зерна непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также образовывать при высыхании достаточно прочное изделие – сырец. Характеризуется степенью связности – усилием, необходимым для разъединения частиц глины.

Воздушная усадка - уменьшение размеров и объема сырца при его сушке за счет испарения свободной воды; она колеблется от 2 до 12% и может быть уменьшена введением отощителей и поверхностно-активных веществ, сокращающих формовочную влажность глин.

Огневая усадка - изменение размеров и объема изделий в процессе обжига, обусловленное расплавлением легкоплавких составляющих глин и сближением частиц глины между собой; она составляет от 2 до 8 % и тем выше, чем больше температура обжига. Полная усадка равна сумме воздушной и огневой.

Огнеупорность - свойство глин (и изделий из них) выдерживать воздействие высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. По огнеупорности различают огнеупорные (не ниже 15800С), тугоплавкие (1350-15800С) и легкоплавкие (ниже 13500С) глины.

Спекаемость - свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок. Интервал между температурой начала спекания и температурой, при которой появляются первые признаки пережога, называется интервалом спекания. Чем он больше, тем легче управлять процессом обжига, тем меньше опасность деформаций изделий.

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает глубокие физико-механические изменения. Сначала испаряется свободная вода (до 2000С), затем выгорают органические примеси (300-4000С). При температуре 500-6000С удаляется химически связанная вода из глинистых минералов, так из каолинита образуется безводный метакаолинит Al2O3.2SiO2, который при 700-8000С разлагается на отдельные оксиды (образуется так называемый твердый раствор). С повышением температуры до 9000С и выше оксиды SiO2 и Al2O3 вновь соединяются, но в других соотношениях, образуя новый искусственный минерал муллит 3Al2O3.2SiO2. Муллит придает обожженному керамическому черепку водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита переходят в расплав легкоплавкие составляющие глины, которые скрепляют кристаллы муллита, цементируют и упрочняют материал.

Обжиг кирпича и других пористых изделий обычно заканчивается при температуре 950-10500С. Дальнейшее повышение температуры ведет к появлению пережога («железняк»), характеризующегося повышенной плотностью изделий, темным фиолетово-бурым цветом, иногда оплавленной поверхностью и деформированием изделий. Соответственно недожог характеризуется незавершенностью процессов обжига, пониженной прочностью, водо - и морозостойкостью; изделия имеют алый оттенок.