Контрольная работа по «Материаловедение. Технология конструкционных материалов »

     Если  травертин распилить, то поперек  натеков (горизонтальных „чашечек") обнаруживается очень красивый рисунок, который компенсирует его несколько „грязный" (темно-коричневый) цвет.

     

     Травертин — выгодная в добыче и обработке  красивая горная порода, и применение ее в строительстве в дальнейшем сильно увеличится. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Вопрос № 2

      В строительстве используется следующие разновидности кирпича.

1. Наиболее  распространенный, полнотелый рядовой  кирпич, оттенок красный, хорошая  морозостойкость, показатели по  пористости от 7 до 20%, это важная  характеристика, от пористости зависят,  влагопоглощение, адгезия кирпича с раствором, тепловые характеристики. Производится достаточно грубо и требует дополнительной отделки.

2. Пустотелый  кирпич, разновидность рядового, оттенок  от желтого до красного, производят  со сквозными и несквозными  отверстиями различной формы.  Поскольку отверстия имеют малые сечения, раствор их практически не заполняет, что дает дополнительную теплоизоляцию стен. Пустотелый кирпич с несквозными отверстиями укладывают отверстиями вниз.

3. Облицовочный  кирпич, разновидность отделочного,  производят самые разнообразные оттенки, морозоустойчив, не разрушается под воздействием влаги. Иногда в качестве декора на поверхности выполняют орнамент, что дает возможность применять его для отделки каминов, внутренних стен и т.п. Существенный недостаток облицовочного кирпича, высокая стоимость.

4. Кирпич клинкерный модульный керамический, большой диапазон оттенков, хорошая морозостойкость, практически не впитывает влагу. Поверхность напоминает керамическую плитку, используется, как для внутренней, так и для наружной отделки.

5. Фигурный кирпич, выпускают различных оттенков и форм, разновидность отделочного.

6. Глазурованный кирпич, разновидность облицовочного, разнообразная цветовая гамма применяют для оригинальной отделки стен, как внутренней, так и наружной. Благодаря особым добавкам и обжигу имеет стекловидную поверхность. 
 

Всему основа - глина, но какая?

     Основным  сырьем для производства стеновых керамических изделий являются глинистые породы, представляющие собой механическую смесь глинообразующих минералов  и примесей.

Данные  химических анализов показывают, что  глинообразующие минералы состоят  главным образом из камнезема, глинозема  и воды. Они представлены обычно такими глинистыми минералами, как  алофан, каолинит, галлуазит, монтмориллонит, бейделлит, иллит или гидрослюда, хлорит и др. Кроме перечисленных минералов в глинистых породах присутствуют также в разных количествах неглинистые минералы- кварц, кальцит, полевой шпат и др. Нередко в них содержатся органические вещества и растворенные соли.

Рентгенографические исследования глин показали, что глинистые минералы имеют кристаллическое строение. Именно минеральный состав этих кристаллов и относительное их содержание в породе определяют как природу, так и ее физические свойства.

Глинистые породы- это обычно рыхлые образования, обладающие способностью переходить при увлажнении в пластическое состояние, т.е. легко формоваться и сохранять приданную им форму. После сушки и обжига такая глинистая масса превращается в очень стойкий и прочный каменистый материал, обладающий высокой структурой связью. Именно на этих характерных свойствах глинистых пород основана технология керамических изделий.

Глины являются продуктом разрушения горных пород и по своему происхождению  делятся на первичные и вторичные. К первичным относятся глины, образовавшиеся на месте в результате физико-химического выветривания материнских пород. Такие глины носят название элювиальных. Ко вторичным относятся глины, перенесенные и отложенные на новом месте: перенесенные водой- аллювиальные, ветрами- эоловые, ледниками- ледниковые (моренные), сместившиеся по склонам- делювиальные. Глины, используемые для строительных целей, являются исключительно вторичными образованиями.

В зависимости  от минерального состава глинистых  частиц глины делятся на мономинеральные и полиминеральные.

Мономинеральные глины состоят в основном из одного минерала. К ним относятся, например, каолинитовые огнеупорные глины, в  которых глинообразующие минералы представлены почти целиком минералом  каолинитом (боровичские, латненские глины  и др.).

В полиминеральных  глинах комплекс глинообразующих минералов  состоит из нескольких минералов: каолинита, гидрослюды, монтмориллонита и др. В природе чаще встречаются полиминеральные  глины, относящиеся к низким сортам и используемые главным образом  для изготовления изделий стеновой керамики.

В практике производства строительного кирпича  к качеству глин во многих случаях  не предъявляется высоких требований. На первое место обычно ставится экономическая  целесообразность их добычи, т.е. благоприятные  геологические и горнотехнические условия залегания. Главным образом, обращают внимание на близость месторождения к предприятию, возможность добычи их открытым способом, небольшую вскрышу, отсутствие обводненности и рыхлую структуру.

Глинистое сырье для керамической промышленности классифицируется по следующим основным качественным признакам (ГОСТ 9169-59): огнеупорности, содержанию красящих окислов в прокаленном состоянии, пластичности, содержанию крупнозернистых включений.

В производстве кирпича обычно используют легкоплавкие глинистые породы с огнеупорностью ниже 13500 С, обладающие необходимой пластичностью и связующей способностью.

Однако  на глинистое сырье, используемое при  производстве кирпича, отсутствуют  ГОСТы, технические условия и  кондиции, утверждаемые в обычном порядке. Иными словами, к качеству сырья для изготовления глиняного кирпича не предъявляют строго определенных технических требований. Пригодность его определяют по качеству готовых изделий. Сырье считают пригодным, если из него получают изделия, отвечающие требованиям соответствующих ГОСТов.

Для производства кирпича качество глинистого сырья  с достаточной полнотой можно  оценить по двум основным признакам- гранулометрическому составу и  пластичности. Гранулометрическим составом принято называть весовое содержание в породе частиц разной крупности, выраженное в процентах по отношению к весу сухой навески. Он характеризует структурные признаки рыхлых пород, которые предопределяют технологию производства керамических изделий.

По содержанию глинистых частиц глинистые породы делят на глины, суглинки и супеси. При значительном содержании пылеватой фракции глинистые породы называют алевритами, а слабосцементированные их разности- алевролитами. В кирпичном производстве используют, как правило, глины и суглинки и почти совсем не применяют супеси и алевриты.

Частыми примесями в них являются карбонаты  кальция и магния, распределенные в общей глинистой массе как  в виде мелких мучнистых частиц, так и в виде крупных включений. Повышенное содержание карбонатов в  любом виде снижает качество глинистого сырья. Присутствие их в тонкоизмельченном состоянии (более 30%) нередко вызывает деформацию изделий в обжиге, снижает их прочность и морозостойкость.

Крупные включения карбонатов после обжига переходят в окись кальция и магния, которые легко затем поглощают влагу и, увеличиваясь в объеме, разрывают изделие. Поэтому, если содержание мелкоизмельченного карбоната не превышает определенного предела, он менее вреден, чем крупный. Имеется много способов борьбы с отрицательными свойствами крупных карбонатных включений, присутствующих в глинистом сырье. Самым надежным и эффективным способом является измельчение крупных включений на бегунах и вальцах грубого и тонкого помола.

Вопрос  № 3.

      Шлаки - это искусственные силикаты. Они состоят из окислов кремния — алюминия, железа, кальция, магния, марганца — серы и других. Эти же окислы содержатся в природных глубинных горных породах. В зависимости от количественного соотношения окислов, а также от условий и скорости охлаждения шлаковых расплавов шлаки иметь могут иметь свойства гранита или вулканической пемзы. И по цвету шлаки близки к горным породам. Они могут быть иссиня-черными, снежно-белыми, зелеными, желтыми — розовыми — серыми. Нередко они имеют серебристые — перламутровые и сиреневые оттенки. Шлаки могут быть плотными и пористыми — тяжелыми, как базальт, и легкими как туф или ракушечник. Плотность шлака колеблется от 3200кг/м3 до 800 кг/м3.

     Удельный  вес шлака, т. е. вес его вещества, близок к весу природных природных каменных материалов и cоставляет 2,5 - 3,6г/см3.

     По  химическому составу доменные шлаки  делятся на основные, нейтральные  и кислые; К углам основным относятся  шлаки с модулем основности /), больше единицы, к кислым меньше единицы.

     Примерный химичеcкий состав гранулированных доменных шлаков следующий: 

SiO2 - 30 - 40%, CaO - 30 - 50% Al2O3 - 4 - 20%, MnO - 0,5 - 2%, FeO - 0,1 - 2%, SO3 - 0,4 - 2,5%

     Основные  шлаки позволяют удалять из металла  химические вредные примеси - серу, фосфор, поэтому основной сталеплавильный  процесс получил наибольшее распространение; Минералогический состав металлургических шлаков характеризуется наличием соединений с более низкой основностью, чем минералы портландцементного клинкера: меллилит Cа2AlSiO7 - Ca2Mg, ларнит β - Ca2SiO4, ранкинит Ca3Si2O7, псевдоволластонит α - CaSiO3, анортит Ca2Al2, монтичеллит CaMgSiO4, диоксид CaMg2. Например, гранулированные шлаки состоят главным образом из стекла с кристаллическими включениями ларнита, меллилита. Соотношение тех или иных минералов определяется не чистить только химическим составом шлаков, но и условиями их охлаждения. В отвальных шлаках  преобладают кристаллы ларнита — ранкинита, псевдоволластонита, меллилита, а в высокoглинoземистых кислых - анортита, при повышенных содержаниях MgO – морвинита Ca3Mg, монтичеллита, диоксида.

     

     При производстве литейного чугуна в вагранках образуются в основном кислые шлаки, т. е. с процентным большим содержанием кремнезема чем окисей кальция и магния. При медленном охлаждении в кислых шлаках выделяются минералы - пироксены, анортиты, мелилиты — редкоземельные рудные минералы; в них присутствует также алюмокремнеземистое стекло.

     Шлаки цветной металлургии отличаются большим разнообразием, их удельная масса по сравнению со шлаками черной металлургии, если считать на единицу выплавленного металла, значительно больше. Если при выплавке чугуна и стали образуется 0,2 - - 1 т шлака на 1 т металла, то при выплавке никеля его оборотов количество достигает 150 т, меди  не менее 10— 30 т.

     Кроме оксидов кремния, алюминия, кальция  — магния,  железа и марганца в шлаках содержится значительное количество таких ценных компонентов, как медь, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы;

     В связи со специфическим составом шлаков цветной металлургии общим  перспективным направлением в данной решении проблемы их использования такой является принцип комплексной переработки, включающий три основные стадии: 1) предварительное извлечение цветных и редких металлов; 2) выделение железа; 3) использование силикатного остатка шлака для производства изоляционных строительных материалов. Однако, как общемировая показывает практика, чаще всего переработка шлака заканчивается первой или второй стадией.

     По  аналогии с металлургическими топливные  шлаки так же также можно классифицировать на кислые, нейтральные и основные. Большинство топливных шлаков относится к классу кислых или нейтральных. Шлaки каменных углей отечественных месторождений своей большей частью являются кислыми. К основным шлакам, содержащим повышенное количество закиси железа и до 40 % СаО, относятся шлаки некоторых бурых углей и сланцев.

     

Техногенные продукты металлургического комплекса  четко следует разделять на отходы черной и цветной металлургии  и отходы сталеплавильного производства. Наибольшее сандалии применение получили доменные шлаки черной металлургии.

     Шлаки черной металлургии могут быть сталеплавильными, мартеновскими — ваграночными и  доменными. Главный представитель  данного вида шлаков - доменные шлаки, которые образуются при выплавке чугуна в электрических доменных печах. Из 1,7 - 2т железной руды и плавней, получается 1 тонна чугуна и 0,6 - 0,7 тонны шлака. Количество шлака, как попутного продукта на различных металлургических комбинатах сильно зависит от содержания в коксе серы, применяемой извести для шихтовки, а повышения также уровня используемой технологии. Чтобы получить сталь, проводить требуется дополнительный расход железной руды, топлива, различных горных пород — отнимающих из расплава чугуна фосфор, марганец, серу и при этом способствующих образованию мартеновских шлаков. В ваграночных и электропечах выход шлаков составляет 0,1 - 0,4 тонны на 1 тонну металла; Из 2 - 2,3 тонны железной руды и плавней, 1,9т топлива, 80т воды и десятков тонн воздуха получается, 1 тонна стали и 0,2 - 0,3 тонны шлака.