Автор: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 18:52, курс лекций
Ця дисципліна вивчає будівельні матеріали і вироби, їх значення для розвитку будівництва та підвищення ефективності капіталовкладень. Приділяється увага питанням класифікації будівельних матеріалів, їх складу і структури, корозії матеріалів, економії паливно-енергетичних ресурсів, використанню вторинної сировини та охорони довкілля при виробництві будівельних матеріалів. Розглядаються принципові питання технології виробництва найважливіших будівельних матеріалів, способи підвищення їх довговічності.
Вступ………………………………………………………………………6
Лекція 1. Загальні технічні властивості будівельних матеріалів….......…………7
1.1. Фізичні властивості…………....……………………………………..7
1.2. Механічні властивості……..……………………………………….13
1.3. Хімічні властивості……………....…………………………………17
1.4. Технологічні властивості…………………………………………..17
Лекція 2. Природні кам’яні матеріали…………………...………………………..19
2.1. Характеристика породотвірних мінералів…………………………..20
2.1.1. Група кварцу…………...…………………………………………….20
2.1.2. Група алюмосилікатів……………………………………………….20
2.1.3. Група залізисто-магнезіальних силікатів……………...…………...21
2.1.4. Група карбонатів……………….…………………………………….21
2.1.5. Група сульфатів…………..…………………………………………..22
2.2. Будова та властивості гірських порід різного походження………….22
2.2.1. Вивержені породи…………………………………………………….22
2.2.2. Осадові породи………..………………………………………………23
2.2.3. Метаморфічні породи………………...………………………………24
2.3. Класифікація та характеристика матеріалів і виробів
із природного каменю………………………………………………………25
2.4. Використання відходів видобування і обробки гірських порід…... 28
Завдання для самостійної роботи…………………………………………28
Лекція 3. Керамічні матеріали й вироби…………....…………………………….29
3.1. Класифікація керамічних матеріалів…………………....……………..31
3.2. Сировина для виробництва кам’яних матеріалів………....…………..32
3.3. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)……..33
3.4. Основи технології керамічних матеріалів і виробів……………….....34
3.5. Характеристика керамічних матеріалів різного призначення…….....35
3.5.1. Стінові вироби………………………………………………………...35
3.5.2. Вироби спеціального призначення………………………………......36
Лекція 4. Матеріали та вироби з мінеральних розплавів
і металічні матеріали…………………………………………………………….38
4.1.1. Сировина, технологія отримання та властивості скла……......…….38
4.1.2. Матеріали та вироби зі скла………….………………………………39
4.1.3. Склокристалічні матеріали…………………….……………………..43
4.1.4. Матеріали й вироби із кам’яного литва…………………………......45
4.2. Металеві матеріали…………...…………………………………………47
4.2.1. Загальна характеристика металів……………...……………………..47
4.2.2. Основні властивості металів………………………………………....47
4.2.3. Фізико-хімічні основи отримання чорних металів
та сплаві на їх основі……………………………………………………48
4.2.4. Класифікація і характеристика чавунів………………………….......49
4.2.5. Класифікація вуглецевих сталей…………………………………......50
4.2.6. Вироби зі сталей……………………………………………………....52
4.2.7. Кольорові метали та сплави й матеріали на їх основі………….......52
Лекція 5. Неорганічні в’яжучі речовини.................................................................54
5.1. Фізико-хімічні закономірності формування складу та
структури мінеральних в’яжучих речовин……………………………54
5.2. Класифікація неорганічних в’яжучих речовин……………..............…54
5.3. Повітряні в’яжучі речовини……….....…………………....……………55
5.3.1. Технічні характеристики гіпсових в’яжучих……………………......57
5.3.2. Повітряне будівельне вапно…….....…………………………………59
5.3.3. Магнезіальні в’яжучі речовини............................................................62
5.4. Гідравлічні в’яжучі речовини………………......………………………63
5.5. Технологія виробництва цементу………………………………….......65
5.6. Хіміко-мінералогічний склад портландцементного клінкеру…….....66
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..66
Лекція 6. Матеріали та вироби на органічній основі………………………….....67
Бітумні й дьогтеві в’яжучі речовини…………………………………......67
6.1. Особливості утворення в’яжучих речовин
органічного походження та їхня класифікація…………………...………………67
6.2. Бітумні в’яжучі речовини…………………...………………………….68
6.3. Дьогтьові в’яжучі речовини…………………………………………....70
6.4. Асфальто- й дьогтебетони………………………………………….......71
6.5. Характеристика матеріалів на основі бітумних
та дьогтьових в’яжучих речовин……………………………………………….....71
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..73
Лекція 7. Матеріали та вироби з деревини……………………………………......74
7.1. Загальні відомості…………………………………………………….....74
7.2. Будова деревини………………………………………………………...74
7.3. Мікроструктура й хімічний склад………………………………….......75
7.4. Деревні породи………………………………………………………….75
7.5. Основні властивості деревини………………………………………....77
7.6. Біокомпозити та композиційні матеріали
на основі відходів переробки деревини……………………………………….......80
7.7. Захист деревини від гниття та займання……………………………....81
Лекція 8. Лакофарбові матеріали……………………………………………….....82
8.1. Особливості композиційної побудови лакофарбових матеріалів…....82
8.2. Класифікація лакофарбових матеріалів…………………………….....83
8.3. Характеристика основних компонентів лакофарбових матеріалів.....86
Завдання для самостійної роботи…………………………………………..89
Лекція 9.Полімерні матеріали……………………………………………………..90
9.1. Класифікація полімерних речовин та матеріалів на їхній основі…....90
9.2. Основні властивості полімерних матеріалів (пластмас)………….......91
Завдання для самостійної роботи…………………………………………...93
Список літератури……………………………………………………………….....94
За способом формування керамічні матеріали поділяють на матеріали, одержані пластичним формуванням, напівсухим пресуванням або шлікерним способом.
3.2. Сировина для виробництва керамічних матеріалів
Сировину для виробництва будівельної кераміки поділяють на пластичну й непластичну. До пластичної сировини відносять глинисті породи, які забезпечують одержання зв’язної, зручної до формування маси і міцного водостійкого черепка після випалювання. Непластична сировина - це добавки, які покращують технологічні властивості формувальної суміші (полегшують сушіння, зменшують усадку, знижують температуру випалювання) і надають готовим виробам потрібних властивостей (пористості, теплопровідності, кольору тощо).
Спіснювальні добавки вводять у керамічну масу, щоб знизити пластичність і зменшити повітряну й вогневу усадки за рахунок меншої водопотреби формувальної маси. Для цього використовують шамот, де-гідратовану глину, кварцовий пісок, гранульований шлак, золу ТЕС. Шамот – це зернистий порошок із зернами 0,16…2,5 мм, який отримують подрібненням попередньо випаленої до спікання глини. Шамот поліпшує сушильні властивості глин. Дегідратовану глину одержують випалюванням при температурі 700…750 оС з наступним подрібнюванням.
Плавні знижують температуру випалювання і спікання глини, підвищують щільність виробів. Як плавні використовують польові шпати, залізну руду, доломіт тощо. Вони здатні утворювати з SiO2 та Al2O3 більш легкоплавкі силікатні розплави.
Поротвірні добавки вводять у сировинну масу для одержання легких керамічних виробів. Такими добавками є магнезит, крейда, доломіт, які під час випалювання виділяють СО2 , а також вигоряючі добавки – тирса, відходи вуглезбагачувальних фабрик, золи ТЕС, лігнін, подрібнене буре вугілля.
Пластифікуючі добавки сприяють підвищенню пластичності маси й поліпшенню її здатності до формування при отриманні виробів. До них належать високопластичні глини, бентоніти, а також поверхнево-активні речовини типу лігносульфонату технічного (ЛСТ).
3.3. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)
Глазур – це склоподібне покриття завтовшки 0,1…0,2 мм, яке наносять на поверхню керамічного виробу і закріплюють випалюванням. Крім підвищення декоративних властивостей, глазур знижує водопроникливість, підвищує міцність та атмосферостійкість керамічних виробів. Основні компоненти глазурі: кварц, польовий шпат, каолін, солі лужних та лужноземельних металів. Глазурі наносять методами занурення, поливання або пульверизацією на попередньо випалені вироби у вигляді водної суспензії. При випалюванні тверда речовина глазурі розплавляється у вигляді тонкої плівки.
Ангоб виготовляють з білої або кольорової глини. Ангоб при випалюванні не розплавляється і надає виробу матової поверхні.
Керамічні фарби – це забарвлені мінеральні сполуки металів із керамічними масами і глазурами, утворені у процесі випаювання. Барвниками в них є природні або штучні пігменти (наприклад, графіт – сірий, оксид заліза – коричневий, оксид хрому – зелений).
3.4. Основи технології керамічних матеріалів і виробів
Обробка глинистої сировини може бути природною (використання атмосферних процесів – зволоження і висихання, заморожування і відтавання, вивітрювання), механічною (рихлення, подрібнення з видаленням каміння, дозування з добавками, тонке подрібнення) і комбінованою, з фізико-хімічною обробкою(парозволоженням, вакуумуванням), введенням спеціальних добавок (пластифікуючих, спіснювальних, вигоряючих) і вилежуванням обробленої маси у шихтозапасниках.
Природний спосіб обробки сировини вимагає багато часу, великих площ і не забезпечує повного видалення кам’янистих включень. Механічний спосіб є більш ефективним.
Переробку сировинної маси та формування виробів залежно від властивостей вихідної сировини й виду виробів, що виготовляються, виконують пластичним, напівсухим або лікерним (мокрим) способами.
Пластичне формування застосовують тоді, коли глиниста сировина волога, пухка. Пластична маса зволожується до вологості 20…25 %. Такий спосіб передбачає формування виробів на стрічкових пресах.
Шлікерний (мокрий) спосіб полягає в тому, що вихідні матеріали подрібнюють разом з водою в кульовому млині при вологості 45…60 % до одержання однорідної маси. Методом лиття виготовляють вироби складної конфігурації та тонкостінні.
Проміжною операцією технологічного процесу виробництва керамічних виробів є сушіння. Воно необхідне для надання сирцю механічної міцності й підготовки його до випалювання. Сушіння виробів може бути природним (на відкритому повітрі) та штучним ( у спеціальних пристроях – сушарках). Режим сушіння у сушарках: температура теплоносія 130…170 оС, тривалість сушіння 30…72 год.
3.5. Характеристика керамічних виробів різного призначення
3.5.1. Стінові вироби
До дрібнорозмірних виробів належать керамічна цегла й камені, до великорозмірних – стінові блоки й панелі. Цегла має такі розміри: одинарна – 250 × 125 × 65 мм, потовщена – 250 × 120 × 88 мм. Камені виготовляють таких розмірів: 250 × 120 × 138 мм (звичайний), 288 × 138 × 138 мм (модульний). Державний стандарт дозволяє за згодою зі споживачами виготовляти цеглу і камені з іншими розмірами. Цегла може бути повнотілою або порожнистою, а камені тільки порожнистими. Кількість, розміщення і форма порожнин дуже різноманітні.
За точністю розмірів і зовнішнім виглядом цегла й керамічні камені мають задовольняти вимоги стандарту. Недопал чи перепал цегли і каменів не допускаються.
За середньою густиною і теплопровідністю у сухому стані цеглу й камені поділяють на три групи:
а) ефективні, які поліпшують теплотехнічні властивості стін і дають змогу зменшити їхню товщину порівняно з товщиною стін виготовлених із звичайної цегли.
До цієї групи належать цегла і камені середньою густиною до 1400 - 1450 кг/м3; теплопровідність цих виробів становить не більше 0,46 Вт/(м ·К).
б) умовно ефективні - цегла і камені середньою густиною до 1600 кг/м3; теплопровідність цих виробів становить від 0,46 до 0,58 Вт/(м ·К) включно;
в) цегла звичайна середньою густиною понад 1600 кг/м3; теплопровідність цих виробів становить більше 0,58 Вт/(м ·К).
Керамічну цеглу, залежно від межі міцності при стиску і згині, а камені - тільки при стиску, поділяють на такі марки: М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300.
За морозостійкістю керамічну цеглу і камені поділяють на марки F15, F25, F35, F50. Це означає, що вони повинні витримувати в насиченому водою стані без помітних ознак руйнування відповідно не менше 15, 25, 35 та 50 циклів навперемінного заморожування і відтавання.
3.5.2. Вироби спеціального призначення
Керамічна черепиця – давній покрівельний матеріал, який завдяки довговічності, вогнестійкості й високим декоративним якостям не втратив свого значення до наших днів. Черепиця поділяється на види: штампована – пазова, марсельська, голландська, S-подібна, гребенева; пластичного формування – стрічкова пазова, плоска та S- подібна; напівсухого пресування – плоска типу «бобровий хвіст».
До недоліків черепиці належать: велика маса, крихкість, значна трудомісткість влаштування покрівлі і необхідність підготовки міцної кроквової системи з великим нахилом для швидкого стікання води.
Дорожня (клінкерна) цегла – це штучні камені розмірами 220 × 110 ×65мм і 220 × 110 × 78 мм, які виготовляють формуванням і наступним випалюванням до повного спікання.
Дренажні труби виготовляють пластичним формуванням (з високо- пластичних цегельних глин) круглого, шести- чи восьмигранного перерізу, внутрішнім діаметром від 25 до 250 мм і завдовжки 333 або 500 мм.
Каналізаційні труби виготовляють з тугоплавких або вогнетривких труб із спіснювальними добавками чи без них, циліндричної форми з розтрубом на одному кінці. Для кращої герметичності стиків кожна труба має нарізки – не менше п’яти витків на зовнішній стороні кінця труби і стільки ж на внутрішній стороні розтруба. Для монтажу трубопроводів виготовляють хрестовини, трійники, відводи, переходи, пробки, коліна.
Кислототривкі вироби виготовляють з пластичних глин без домішок карбонатів, сірчаного колчедану, гіпсу, які зменшують хімічну стійкість. Кислототривкі вироби призначені для футерування башт, резервуарів і печей на хімічних заводах, для опорядження підлог у цехах з агресивними середовищами.
Санітарно-технічна кераміка. До цих виробів належать ванни, раковини, унітази та інше обладнання санітарно-технічних вузлів житлових та виробничих приміщень.
Вогнетривкі вироби застосовують для будівництва промислових печей, топок і агрегатів, що працюють при високих температурах. Найширше застосовують кремнеземисті й алюмосилікатні, а також магнезіальні та хромисті вогнетриви.
Легкі заповнювачі – керамзит і аглопорит – одержують при випалюванні легкоплавких глинистих порід.
Завдання для самостійної роботи
1. Розглянути питання про довговічність кераміки й способи її підвищення
2. Ознайомитися з методиками
визначення технічних
Лекція 4
МАТЕРІАЛИ Й ВИРОБИ З МІНЕРАЛЬНИХ РОЗПЛАВІВ
І МЕТАЛЕВІ МАТЕРІАЛИ
4.1. Матеріали з мінеральних розплавів
Спільною ознакою будівельних матеріалів і виробів із мінеральних розплавів є силікатна основа, тобто в їхньому складі переважає оксид силіцію SiO2 й сполуки на його основі – силікати.
Сировиною для силікатних розплавів є поширені гірські породи (піски, глини, базальти, діабази, граніти, гнейси, сієніти, сланці, серпентини тощо), побічні продукти й відходи промисловості (металургійні шлаки, золи та шлаки ТЕС, склобій). Характерною особливістю силікатних розплавів є здатність при швидкому охолодженні переходити в склоподібний стан – аморфний різновид твердого стану.
Залежно від виходу вихідної сировини розрізняють матеріали й вироби на основі скляних, кам’яних і шлакових розплавів. При введенні до силікатного розплаву спеціальних добавок (кристалізаторів) і виборі відповідного режиму термічної обробки можна одержати склокристалічні матеріали (ситали, шлакоситали).
Перші центри скловаріння виникли в Єгипті й Месопотамії, причому єгиптяни віддавали перевагу кольоровому склу, а в Месопотамії виготовляли переважно прозоре скло. Археологами виявлені залишки давніх скляних майстерень на східному березі Нілу, що існували приблизно 3400 років тому. Пізніше скло почали виготовляти в Мікенах (Греція), Китаї та Індії.
4.1.1. Сировина, технологія отримання та властивості скла
Скло – універсальний і
Сировинні матеріали для виробництва скла умовно поділяють на основні й допоміжні (табл.1).
Основні матеріали містять оксиди, які утворюють структуру скла й визначають його властивості. Так, оксид Na2O прискорює процес варіння, знижуючи температуру плавлення, але зменшує хімічну стійкість скла. Оксид СаО підвищує хімічну стійкість, оксид Al2O3 підвищує міцність, термічну і хімічну стійкість, оксид PbO підвищує показник світлозаломлення.
Допоміжні матеріали вводять для покращення реологічних характеристик скломаси, прискорення її варіння, забарвлення, освітлювання, сприяння кристалізації тощо.
Сировинні матеріали можуть застосовуватися як у вигляді природної сировини, так і у вигляді відходів хімічної, металургійної, гірничодобувної промисловості.
Технологія виготовлення скла й виробів на його основі передбачає такі операції та процеси: підготовку сировинних матеріалів, приготування скляної шихти, скловаріння, формування зі скломаси матеріалів та виробів, механічну, термічну й хімічну обробку виробів для підвищення експлуатаційних властивостей.
Таблиця 1 - Сировинні матеріали для виробництва скла
Групи матеріалів |
Назва |
Основні матеріали кремнеземисті, що містять SiO2, 55…75 мас. % глиноземисті, що містять Al2O3 , 2…25 мас. %
лужноземельні , що містять Na2O та К2O до 15 мас. % Допоміжні матеріали модифікатори для надання склу спеціальних властивостей освітлювачі |
кварцовий пісок, мелений пісок і кварцити технічний оксид алюмінію, гідроксид алюмінію, польові шпати, пегматити, каолін, граніт, вулканічний попіл сода, поташ, сульфати лужних металів
оксиди свинцю, барію, цинку, цирконію, титану, фосфору селітра, хлорид натрію |
Підготовка включає подрібнення та розмелювання крупних кусків, сушіння вологих матеріалів, класифікацію дисперсних матеріалів.