WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«С.В.Максимов, П.Г.Комохов, В.Б.Зверев МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ Допущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших ...»

-- [ Страница 2 ] --

Модули упругости при сжатии и растяжении вдоль волокон одинаковы и у сосны составляют 12300 МПа. Деформативность в направлении вдоль волокон древесины сравнительно низкая.

При сравнительно высоких показателях прочностных свойств древесина обладает небольшой твёрдостью. Статическая твёрдость численно равна на грузке, необходимой для вдавливания в образец древесины половинки метал лического шарика радиусом 5.64 мм на глубину радиуса шарика (тогда пло щадь отпечатка равна 1 см2). Твёрдость сосны, ели, пихты составляет 35 50МПа, а более твёрдых пород - дуб, берёза, ясень - 50-100 МПа.

Зависимость свойств древесины от её состава и структуры. Структура древесины в первом приближении представляет собой конструкционное со четание целлюлозы с лигнином. Древесные целлюлозные волокна имеют спиральную структуру и содержат примерно 65-70 % кристаллической и 25 35 % аморфной (гемицеллюлозной) части, причём у хвойных пород аморф ной части меньше, у лиственных пород больше - 28-35 %.

Лигнин - природный полимер, представляет собой высокомолекулярную ароматическую часть, количество которой в древесине хвойных пород до 28 30 %, а в древесине лиственных пород 18-24 %. Волокна целлюлозы облада ют высокой прочностью на разрыв, но легко изгибаются.

Лигнин объединяет их в единое целое с помощью водородных и ван дер-вальсовых сил связи и когезии, поэтому в совокупности древесина состоит из матричной пространственной сетки лигнина и кристаллического волокнистого наполнителя в виде целлюлозы.

Таким образом, древесина - высококристаллическое вещество, имеющее форму продольных спиральных волокон, которые в деловой древесине вы полняют роль своеобразного «армирующего» компонента.

Структура древесины хорошо видна на микроснимке, полученном аме риканским учёным Э. Келли (рис. 3.3). Тёмная полоса - лигнин, менее тёмная - стенка целлюлозной клетки и светлая область - полость клетки.

Подобно искусственным конгломератам древесина содержит капилляры и поры различных размеров. Если в крупных капиллярах и порах невелика удельная площадь внутренней поверхности, составляя, например, у ели около 0.2 м /г, то у мельчайших пор она очень большая, например, у ели при диа метрах капилляров 10-Ю"8 - 10-Ю"7 см (от 10 до 100 А) удельная площадь их поверхности составляет до 300 м2/г.

Такое различие капилляров отражается на характере контакта их с водой.

Крупные капилляры могут заполнятся водой, которая влияет на состоя ние древесины и её качество, как строительного материала. Эта влага сравни тельно легко проходит в капилляры и поры, особенно при контакте дерева с водой, заполняет полости и может составлять до 100-200 % к массе абсолют но сухой древесины, но она сравнительно также легко и быстро удаляется из них при сушке. Тонкие поры и капилляры заполняются не только при контак те с водой, но и в условиях влажного воздуха в связи с гигроскопичностью древесины и по законам капиллярных сосудов. Гигроскопическая влага сор бируется на стенках клеток, частично переходит в коллоидно-связанную с веществом дерева.

Предельное насыщение древесины гигроскопической влагой составляет 25-35 % (в среднем 30 %) к массе абсолютно сухой древесины, называемое точкой насыщения волокон. Насыщение гигроскопической влагой до этой предельной точки сопровождается набуханием древесины, изменением (ухудшением) её физических и механических свойств. Увеличение влаги по сле 30 % её содержания на свойствах древесины почти не отражается;

не уве личивается и объём её за счёт набухания.

При сушке древесины быстро удаляется свободная влага из крупных ка пилляров и пор, но трудно испаряется гигроскопическая от точки насыщения волокон, причём объём древесины уменьшается за счёт усушки и уплотнения клеточных оболочек. Особенно трудно удаляются последние 4-6 % гигроско- пической влаги, так как она ориентированно закреплена (адсорбирована) в монослое молекулами целлюлозы. Возникают водородные связи между гид роксилами целлюлозы и водой, тогда как другая, большая часть гигроскопи ческой влаги (20-25 %) находится под влиянием капиллярной конденсации. С приближением при сушке к температуре 105 °С масса древесины сохраняет постоянное значение, что и принимается за абсолютно сухое состояние дре весины. Фактически около 1 % гигроскопической влаги в абсолютно сухой древесине сохраняется, но за счёт относительно прочных водородных связей она не снижает её качественных показателей. Дальнейшее повышение темпе ратуры вызывает более или менее глубокое разложение целлюлозы - дест рукцию, особенно в присутствии воздуха и влаги. При умеренном нагреве (120-180 °С) изменяется цвет целлюлозы, снижается её прочность, а при бо лее высокой температуре (230-240 °С) протекают химические реакции с из менением элементарного состава целлюлозы. Структура переходит к 300 °С из кристаллической в аморфную, а при дальнейшем повышении температуры образуется целлюлозный уголь и жидкие продукты распада (уксусная кисло та, ацетон, формальдегид и др.).

Материалы и изделия из древесины. Они разделяются на несколько групп: лесоматериалы, получаемые путём механической обработки дерева;

модифицированная древесина, обработанная синтетическими смолами, прес сованная, пластифицированная аммиаком и др.;

древесные изделия: фанера, столярные плиты, древесно-стружечные и древесно-волокнистые плиты, дре весно-слоистые пластики и др.

Лесоматериалы подразделяются на круглые, пиленые, лущеные, фрезе рованные (строганные), колотые и побочные продукты: опилки, стружки, ще па, древесная мука.

Круглые лесоматериалы, т.е. стволы поваленного дерева, очищенные от сучьев. По толщине круглые лесоматериалы подразделяют на крупные диа метром более 26 см, средние - от 14 до 24 см, мелкие - от 6 до 13 см. В зави симости от качества древесины (наличия пороков) и дефектов круглые лесо материалы делятся на четыре сорта.

Пиломатериалы подразделяются на бруски, пластины, четвертины, дос ки и горбыль. Бруски имеют толщину менее 100 мм и ширину не более двой ной толщины. Брусья имеют толщину и ширину более 100 мм;

доски имеют толщину менее 100 мм и ширину более двойной толщины. Длина досок от до 6.5 м. Максимальная ширина досок и брусьев 250 мм, у брусков - 200 мм.

Пиломатериалы хвойных и лиственных пород делятся соответственно на пять и три сортов.

Это погонажные изделия: плинтусы, галтели, карнизы, поручни, столяр ные плиты, состоящие из узких реек и наклеенного на них с обеих сторон шпона;

штучный паркет, паркетные плиты, столярно-строительные изделия оконные и дверные блоки, перегородки и панели зданий.

Древесно-стружечные плиты - искусственный строительный конгломе рат в форме плит, изготовляемый горячим прессованием из смеси измельчен ной древесной стружки с полимерными веществами, выполняющими функ ции связующего компонента. В качестве связующего применяют термореак тивные смолы: мочевино-формальдегидные, фенолоформальдегидные и др.

Для улучшения свойств плит в них вводят гидрофобизующие (парафиновая эмульсия), антисептирующие и другие добавки. По средней плотности дре весно-стружечные плиты подразделяют на лёгкие (250 - 400 кг/м3), полутя жёлые (400 - 800 кг/м3), тяжёлые (800 - 1200 кг/м3). Коэффициент теплопро водности плит составляет от 0.046 до 0.093 Вт/(м-К).

Древесно-волокнистые плиты изготавливают из отходов древесины пу тём их измельчения в рубильной машине и расщепления в дефибраторе в во локнистую массу. К древесной массе добавляются улучшающие, например гидросфобизирующие (парафиновая эмульсия) или антисептирующие веще ства, и из неё отливаются плиты. Их прессуют и сушат при температуре до 180 °С. Древесно-волокнистые плиты подразделяют на сверхтвёрдые, твёр дые, полутвёрдые и мягкие. Твёрдые плиты имеют среднюю плотность и прочность на изгиб соответственно не менее 850 кг/м3 и 3.5-4 МПа. Мягкие плиты имеют среднюю плотность и теплопроводность соответственно не бо лее 150-300 кг/м3 и 0.064-0.1 Вт/(м-К).

Фибролит изготавливается на основе неорганических вяжущих веществ (портландцемента, магнезиальных вяжущих) с применением в качестве за полняющего (армирующего) компонента древесной шерсти. Древесная шерсть предварительно подвергается «минерализации», т.е. обработке хими ческими веществами (хлористым кальцием, жидким стеклом, сернокислым глинозёмом и др.). Плиты формуют под давлением 0.5 МПа.

Отформованные плиты подвергают тепловой обработке в течение суток при температуре 30-35 °С. Затем изделия сушат до влажности, не превы шающей 20 %.

Арболит представляет собой смесь цемента, древесного заполнителя, химических добавок и воды. По своей структуре он представляет разновид ность лёгкого бетона. Средняя плотность теплоизоляционного и конструкци онного арболита соответственно составляет до 500 кг/м3 и 500 - 800 кг/м3.

Марки теплоизоляционного арболита М5;

М10;

М15. Марки конструкцион ного арболита М25;

М35;

М50.

В качестве теплоизоляционных изделий на основе древесины известны торфяные плиты, войлочные материалы и др.

Пороки древесины, защита её от гниения, поражения насекомыми и возгорания. Пороки древесины делят на девять групп: сучки, трещины, по роки формы ствола, пороки строения древесины, химические окраски, гриб ные поражения, повреждения насекомыми, инородные включения и дефекты, деформации.

Сучки - живые и отмершие, закрытые и заросшие, загнившие представ ляют собой части ветвей, заключённые в древесине.

К химическим окраскам относятся желтизна, оранжевая окраска, чер нильные пятна, дубильные потёки. Все эти разновидности окраски проника ют на глубину 1-5 мм, но мало влияют на физико-механические свойства древесины, ухудшая в основном только внешний вид пиломатериалов.

Грибные окраски (гнили) поражают отмирающую и мёртвую древесину.

Эти окраски развиваются за счёт содержимого отмирающих клеток и мало затрагивают клеточные стенки, поэтому физико-механические свойства дре весины ухудшаются незначительно.

Гнили из растущего дерева (пёстрая, белая и бурая) образуются под воз действием грибов. Гнили развиваются постепенно до появления мягкой гни ли. Гнилая древесина почти полностью теряет свои механические свойства.

Гнили мёртвой древесины являются одним из самых опасных пороков.

При этом образуются домовошахтные грибы, плёночный, белый, шахтный или пластинчатый домовой гриб. Древесина становится не только непригод ной для применения, но и опасной для окружающих материалов.

Водослой - участок древесины, сильно пропитанный водой, располо женный на месте ядра, спелой древесины, ложного ядра или радиальной пят нистости. Как правило, водослой связан с очагами гнили.

Грибные ядровые пятна и полосы - изменения окраски в зоне ядра, вы зываемые грибами в растущем дереве, наблюдаются на торцах и продольном разрыве. Этот порок незначительно влияет на механические свойства.

Значительное влияние на снижение качества древесины оказывают тре щины. Трещины подразделяются на метиковые, морозные и др. Они образу ются при раскачке дерева ветром и при резкой смене температуры.

Пороки формы ствола. Сбежинность - значительное уменьшение диа метра ствола от комля к вершине. Кривизна ствола - искривление по длине ствола. Закомелистость - резкое увеличение диаметра комлевой части.

Пороки строения древесины: наклон волокон (косослой) (волокна распо лагаются не параллельно оси ствола, а винтообразно, по спирали), крень (резкое утолщение поздней зоны годичных слоев), свеливатость (неправильность в строении древесины).

Кроме этого повреждениями древесины следует считать повреждения насекомыми (червоточина), трещины усушки, покоробленность, механиче ские повреждения.

Сушка древесины предназначена дня уменьшения возможности гниения и повышения прочности. Различают естественную и искусственную сушку.

Естественная сушка производится на открытом воздухе, под навесами или в закрытых помещениях, с тем чтобы материал принял воздушно-сухое состоя ние (15-20 %). Такая сушка длится недели и даже месяцы. Искусственная сушка осуществляется в течение нескольких дней или часов.

Камерная сушка производится в сушилках периодического или непре рывного действия в течение нескольких суток. Теплоносителем служит на гретый воздух, пар или дымовые газы с температурой 70-80 °С. Также произ водится сушка древесины в электрическом поле высокой частоты.

Древесина быстро и равномерно прогревается между электродами и вы сушивается в 10-20 раз быстрее, чем при камерной сушке. Но этот вид сушки требует большого расхода электроэнергии. Сушка в жидких средах, например в ваннах с петролатумом при температуре 130-140 °С. За несколько часов влага в древесине превращается в пар и удаляется;

при этом материал не растрескивается и не коробится. Сушка в петролатуме дешевле камерной сушки.

Для защиты от гниения и поражения насекомыми применяются химиче ские вещества - антисептики. Они делятся на водорастворимые и нераство римые в воде.

К водорастворимым антисептикам относятся: фтористый натрий NaF, применяется в растворах 3-4 % концентрации. При соприкосновении с из вестковыми, цементными и гипсовыми материалами он теряет свои токсиче ские свойства. Кремнефтористый натрий Na2SiF6 - белый или серый поро шок, применяется совместно с фтористым натрием или кальценированной содой. Кремнефтористый аммонит (NH4)SiF6 - белый порошок, повышает огнестойкость древесины, но вызывает слабую коррозию металла, высоко токсичен. Препараты ХХЦ - смесь борной кислоты и буры, хорошо раство ряется в воде, для людей практически безвреден.

Препараты ХХЦ (смесь хлористого цинка и хромпика) и МХХЦ (смесь хлористого цинка, хромпика и медного купороса) трудно вымываются водой, но окрашивают древесину в жёлто-зелёный цвет и вызывают коррозию ме таллов.

К нерастворимым в воде относятся масляные и органикорастворимые антисептики. Масляные антисептики: антраценовое, креозотовое, сланцевое масла. Они не растворяются в воде, не вызывают коррозию металла, но ок рашивают древесину в бурый цвет. Применяются для пропитки шпал, дета лей мостов, свай, деревянных надводных конструкций.

К органикорастворимым антисептикам относятся растворы пентахлор фенола и нафтената меди в лёгких нефтепродуктах. Они окрашивают древе сину в зелёный цвет, затрудняют её склеивание, являются высокотоксичными антисептиками.

Применяют также антисептические пасты, изготавливаемые из фтори стого натрия, связующего вещества (битума, глины, жидкого стекла и других) и наполнителя (например, торфяного порошка).

Пропитку антисептиками производят поверхностной обработкой, в горя че-холодных ваннах и под давлением в автоклавах. Поверхностную обработ ку делают кистями или краскопультом 2-3 раза. В горяче-холодных ваннах производится последовательное погружение в горячую (90-95 °С), а затем в холодную (20-30 °С) ванны. Сначала из пор древесины удаляется воздух, а потом в порах образуется вакуум. При обработке в автоклавах сначала созда ётся вакуум, а затем автоклав насыщается горячим антисептиком с давлением 0.6-1.5 МПа.

Для борьбы с насекомыми используют ядовитые вещества, убивающие их. Древесину опрыскивают, обмазывают, пропитывают порошками и окури вают газами. Можно использовать маслянистые и органикорастворимые ан тисептики, а также специальные: хлорофос, порошок и пасту.

Для защиты от возгорания древесину окрашивают огнезащитными крас ками и пропитывают специальными веществами - антипиренами, которые образуют либо оплавленную плёнку на поверхности, либо выделяют негорю чие газы. К антипиренам относятся бура, хлористый аммоний, фосфорнокис лый натрий и аммоний, сернокислый аммоний.

3.2. Породообразующие минералы Природные минералы находятся в основном в твёрдом состоянии и имеют преимущественно кристаллическое строение. Реже они встречаются в виде аморфных веществ.

Минералы обладают рядом характерных свойств, оказывающих большое влияние на технические свойства пород, среди которых следует особо выде лить твёрдость, спайность, излом, блеск, окраску и плотность. Эти свой ства зависят от строения и прочности связей в кристаллической решётке.

Твёрдость характеризует поверхностную энергию минерала. Она оценивается по шкале Мооса, которая состоит из десяти минералов, расположенных в порядке возрастания их твёрдости: тальк, гипс, кальцит, флюорит, апатит, полевой шпат, кварц, топаз, корунд и алмаз. Определение твёрдости производится пробой на царапанье и выражается порядковым числом соответствующего эталона в шкале, оставляющего царапинку на испытуемом образце. Более точную оценку твёрдости получают специальными склерометрическими приборами. Показатель твёрдости материала имеет большое практическое значение, так как косвенно позволяет судить о механических свойствах природного камня.

Спайность проявляется в виде способности минералов раскалываться в определённых направлениях с образованием гладких зеркальных поверхно стей - плоскостей спайности. Минералы имеют различную спайность: одни легко расщепляются на тончайшие пластинки в одном или нескольких на правлениях, у других она проявляется плохо или совсем отсутствует. Спай ность вместе с показателем твердости помогает предварительной оценке ме ханических свойств природных материалов.

Излом является характеристикой неровной поверхности раскола мине рала, прошедшего не по направлениям спайности. Среди разнообразных ви- дов излома выделяются ровный, ступенчатый, неровный, раковистый, зано зистый, землистый. Они позволяют не только диагностировать, но и оцени вать свойства минералов.

Окраска - важный диагностический признак минералов. Окраска обу словлена присутствием красящих элементов в составе минерала, в частности Cr, Ma, Fe и др.

Блеск возникает в результате отражения световых лучей от поверхности минерала и имеет важное диагностическое значение.

Вещества с небольшим показателем преломления (например сернистые минералы) обычно непрозрачны и характеризуются металлическим блеском.

Плотность (истинная) колеблется у минералов от значений менее еди ницы (озокерит) до 20 и выше (осмистый иридий). Она зависит от химиче ского состава и структуры, атомной массы элементов, их ионных радиусов и валентности. Наибольшее распространение в природе имеют минералы с ма лой (от 2 до 4 г/см3) плотностью.

Силикаты являются солями различных кремниевых кислот. Однако для них более характерным является не химический состав, а особенности кри сталлического строения с наличием ионной кристаллической решётки. Ос новной структурной единицей этой решётки является кремнекислородный тетраэдр (ЗЮД размеры которого почти всегда строго постоянны (рис.3.4).

Полевые шпаты по химическому составу представляют собой каркасные алюмосиликаты калия, натрия, кальция и разделяются на натриево кальциевые (плагиоклазы) и калиево-натриевые полевые шпаты. Они имеют светлую окраску, стеклянный блеск, высокую твёрдость (6...6.5) по шкале Мооса, совершенную спайность в двух направлениях и плотность от 2.5 до 2.7 (г/см3). Наиболее распространёнными полевыми шпатами являются близ кие по строению и свойствам, одинаковые по составу микроклин и ортоклаз К (ASi3O8), отличающиеся между собой интенсивностью розовой окраски.

На поверхности земли, под влиянием O2, СO2, Н2О и других, постепенно вы ветриваются и превращаются в глинистые минералы. Они используются в стекольной, керамической промышленности. Высокосортные залежи полевых шпатов имеются в Сибири, Карелии, на Урале.

Плагиоклазы - изоморфные смеси минералов альбита Na (AlSi3O8) и анортита Са (AlSi3O8). Так, при содержании в составе плагиоклаза от 0 до 30% анортита он является кислым плагиоклазом, от 30 до 60% - средним, от 60 до 100% - основным. Плагиоклазам характерен белый или серовато белый, реже серый и чёрный цвета, стеклянный блеск с призмацией в синих и зеленоватых тонах. Отличаются высокой твёрдостью (6...6.5), хрупкостью и плотностью в пределах 2.61...2.76 г/см3, совершенной спайностью. Они неус тойчивы к химическому выветриванию и переходят в глинистые минералы.

Применяются в качестве особо ценного декоративного и облицовочного ма териала (Лабрадор). Их месторождения известны на Урале.

К числу каркасных алюмосиликатов относится нефелин Na [AlSiC4], входящий в нефелиновые сиениты, нефелиниты и др. Это бесцветный или серовато-белый минерал с разнообразными оттенками, твёрдость - 5... 6, плотность - 2.6 г/см3, несовершенная спайность, неровный или раковистый излом. В результате химического выветривания превращается в глинистый минерал (каолинит). Используется при производстве цемента, стекла;

из от ходов получают глинозём, соду, ультрамарин и др. Месторождения этих по род известны на Кольском полуострове (Хибины).

К ленточным силикатам (амфиболам) относится роговая обманка.

Имеет сложную химическую формулу, окрашена в тёмно-бурые, зелёные и чёрные цвета с шелковистым или стеклянным блеском. Имеет высокую твёрдость от 5.5 до 6 и плотность в пределах 3.1... 3.36 г/см3, характеризуется совершенной спайностью и занозистым изломом. Её наиболее известные месторождения находятся на Урале.

Авгит - магнезиально-железистый силикат Са (Mg, Fe, Al)[(Si, Аl2)Об] относится к цепочечным силикатам. Обычно окрашен в тёмно-зелёный, чёр но-бурый или чёрный цвет со стеклянным блеском.

Имеет твёрдость 5...6 и плотность в пределах 3.2... 3.6 г/см3, совершен ную спайность, повышенные вязкость и прочность. Встречается на Урале.

Мусковит - белая слюда КАl2(ОН)2[А1SiзО10]. Имеет перламутровый блеск, весьма совершенную спайность в одном направлении, благодаря чему легко расщепляется на тонкие и прозрачные упругие листочки, невысокую твёрдость (2... 3) и плотность в пределах 2.8... 3.1 г/см3. Химически стоек, при выветривании переходит в россыпи без заметного изменения. Использу ется как электроизоляционный материал, посыпочный, при изготовлении кровельных материалов, огнеупорных красок, керамических изделий. Место рождения находятся на Кольском полуострове, Урале и в Сибири.

Биотит - чёрная или бурого цвета слюда К (Mg, Fе)з [Si3AlO10] [ОН, F]2. Имеет небольшую твёрдость (2...3), весьма совершенную спайность в одном направлении, легко расщепляется на тончайшие упругие пластинки.

Химически не стоек. Месторождения известны в Забайкалье и на Урале.

Гидрослюды - слюдоподобные минералы, содержащие значительное количество связанных молекул Н2О между слоистыми пакетами. Гидрослю ды представляют собой результат выветривания мусковита, биотита и других минералов группы слюд и рассматриваются как промежуточные соединения между слюдами и глинистыми минералами слоистой структуры. Среди этих минералов наибольшее практическое значение имеет вермикулит золотисто го или коричневого цвета (Mg, Fe2+, Ре3+)з (ОН)2 [(А1, 81)4О10] 4Н2О. Он имеет низкую твёрдость (1... 1.5) и плотность (2.4... 2.7 г/см3), совершенную спайность и способен разделяться на тонкие гибкие неупругие пластинки.

При прокаливании, в интервале температур от 900 до 1100 °С, его молекуляр ная вода превращается в пар с образованием внутреннего давления. Образо вание воздушных прослоек сопровождается увеличением объёма (в 15... раз) и уменьшением его средней плотности до 100... 300 кг/м3.

Вермикулит - хороший теплоизоляционный и звукоизоляционный мате риал. Месторождения имеются на Кольском полуострове, Урале.

К группе вторичных слоистых силикатов относятся тальк, асбест, каоли нит и монтмориллонит.

Тальк Mg3[Si4O10][OH]2 образуется при изменении магнезиальных сили катов и алюмосиликатов. Окрашен в белый, бледно-зелёный цвет, имеет стеклянный блеск с перламутровым отливом, очень низкую твёрдость (меньше 1), плотность (2.7... 2.8 г/см3), весьма совершенную спайность и легко расщепляется на гладкие неупругие пластинки, жирен на ощупь. При меняется в производстве пластмасс, паст, глазурей, кислотоупорных изделий.

Месторождения известны на Урале.

Асбест - имеет несколько разновидностей, но наибольшее применение имеет хризотил-асбест Mg6[Si4O10][OH]8. Для асбеста характерна параллель но-тонковолокнистая структура с длиной волокон, колеблющейся от десятых долей миллиметра до 20... 25 мм, а иногда до 50... 150 мм. Он имеет зеле новато-жёлтый, а в распущенном состоянии снежно-белый цвет, невысокую твёрдость (2... 3) и способен расщепляться на прочные волоконца толщиной меньше 0.0001 мм.

Отличается высокой огнестойкостью и щелочеупорностью, плохо проводит теплоту и электричество. Месторождения известны на Урале, в Забайкалье, Саянах.

Каолинит Al2[Si2O8][OH]4 является главным минералом многих глини стых пород. Имеет совершенную спайность, лёгкую расщепляемость на тон кие неупругие чешуйки, весьма низкую твёрдость (меньше 1) и невысокую плотность - около 2.6 г/см3. В природе он встречается в виде рыхлых чешуй чатых или плотных тонкозернистых агрегатов белого цвета с различными от тенками и матовым блеском. Образуется путём выветривания алюмосилика тов (полевых шпатов, слюд и др.). Основным потребителем является кера мическая промышленность, применяется при производстве пластмасс, эмуль гаторов, красителей и т.д. Месторождения распространены на Урале, в Под московье.

Монтмориллонит отличается непостоянным химическим составом, кото рый описывается формулой (Al, Mg)2 (OH)2 [Si4O10]2 Н2О и зависит от со держания воды в атмосфере. Имеет подвижную кристаллическую решётку, вследствие чего приобретает способность к сильному набуханию в присутст вии воды (до 3 раз), а при нагревании к значительной усадке. Имеет незначи тельную твёрдость (меньше 1), белую окраску с разнообразными оттенками, матовый блеск, совершенную спайность, непостоянную плотность и жир ность. В чистом виде используется как адсорбент (отбеливатель), наполни тель, эмульгатор в резиновом, пластмассовом, керамическом производствах.

Высококачественные месторождения находятся на Кавказе.

Оксиды являются соединениями металлов и металлоидов с кислородом.

Наиболее распространённым минералом этого класса является кварц SiO2, встречающийся в виде трёх главных модификаций: альфа-кварц, тридимит и кристобалит. Основой его кристаллической структуры являются кремнекис лородные тетраэдры, которые образуют прочную решётку каркасного типа.

Наиболее изученным является альфа-кварц или просто кварц. Он устойчив при температуре ниже 573 °С.

Тридимит устойчив в температурном интервале от 870 до 1470 °С, а кристобалит - при температуре ниже 1713 °С. Свойства этих модификаций зависят от неплотной упаковки ионов кислорода в кремнекислородных каркасах. При одном и том же способе сцепления кремнекислородных тетраэдров друг с другом через их вершины между ними появляются пустоты, которые в низкотемпературном кварце обладают малыми размерами, а в высокотемпературных, более рыхло построенных тридимите и кристобалите, они крупнее. Поэтому альфа-кварц значительно плотнее (2.65), чем тридимит (2.30) и кристобалит (2.27 г/см3). В прямой зависимости от строения находятся и оптические свойства. Кварц химически стойкий минерал.

Используется в стеклянной и керамической промышленности, как обли цовочный, абразивный материал. Месторождения известны на Урале, Памире и в Забайкалье.

В природе часто встречается аморфный кремнезём - опал SiO2 • nН2О.

Содержание воды в нём колеблется от 1 до 5 %. В чистом виде он бесцветен, но при наличии примесей приобретает различные оттенки;

имеет стеклян ный, а у пористых разновидностей матовый блеск, низкую плотность (1.9...

2.5 г/см3) и среднюю твёрдость (5... 5.5). Сравнительно легко растворяется в щелочах, например в КОН, но в кислотах не разлагается. Месторождения распространены в Среднем Поволжье, на Урале и др.

Из группы оксидов и гидрооксидов железа практическое значение имеют кристаллический гематит и аморфный лимонит. Гематит (красный железняк) Fe2O3 содержит до 50...65% железа. Имеет полуметаллический блеск, высокие плотность (5...5.2 г/см3), твёрдость (5.5...6), неровный излом;

хрупок. Гематит - химически стойкий минерал, является ценным сырьём для получения чугуна, стали. Используется в качестве пигмента в красках.

Известны месторождения в районе Курской магнитной аномалии, на Северном Урале. Лимонит (бурый железняк) Fе2Оз • nН2О, где b близок к 1.5.

Имеет сложный и переменный состав с включением гидрооксидов желе за и глинистых минералов. Твёрдость и плотность изменяются соответствен но в пределах 1...4и3.3...4 г/см3. Является сырьём для производства чугуна и стали при содержании железа до 35...40%.

Крупные месторождения известны на Урале и Керченском полуострове.

Карбонаты являются солями угольной кислоты. Наиболее распростране ны кальцит, магнезит, доломит и нитрит. Кальцит СаСОз - кристаллический минерал ромбоэдрической, пластинчатой формы, бесцветный или молочно белой окраски, со стеклянным блеском, низкой твёрдостью (3) и плотностью (2.6...2.8 г/см3), с совершенной спайностью по трём направлениям и ровным изломом. Кальцит слабо растворим в воде, но под влиянием углекислоты пе реходит в бикарбонат кальция: СаСОз + Н2О + СО2 = Са(НСОз)2, который растворяется в воде в 100 раз легче, чем сам кальцит. Кальцит легко распо знаётся по реакции «вскипания» под действием разбавленной соляной кисло ты, которая вызывается бурным выделением углекислого газа.

Условия образования связаны с накоплением известняковых илов.

Месторождения различных видов кальцита, а так же разнообразных кар бонатных пород (мела, мраморов) встречаются в Карелии и на Урале. Они являются ценным поделочным материалом, сырьём для производства цемен та, извести, огнеупоров.

Магнезит (MgCO2) по структуре и форме кристаллов сходен с кальци том, но распространён реже. Окрашен в белый цвет с желтоватым или серо ватым оттенком, имеет стеклянный блеск, среднюю твёрдость 4...4.5 и невы сокую плотность 2.9... 3.0 г/см3. В отличие от кальцита при воздействии НСl реакции вскипания не обнаруживает.

Образуется под влиянием горячих магнезиальных растворов на извест няки и при выветривании магнезиальных силикатов (серпентинов). В природе встречается в виде сплошных мраморовидных (кристаллических) и плотных (аморфных) масс, которые имеют большое промышленное значение, особен но при производстве высокоогнеупорных изделий.

Доломит [(Са, Mg)CO3] по структуре сходен с кальцитом. Окрашен в белый или серовато-жёлтый цвет со стеклянным блеском, имеет среднюю твёрдость (3.5... 4), невысокую плотность (1.8... 2.9 г/см3), совершенную спайность и ступенчатый излом. Вскипает с холодной НС1 только в порошке.

Натрит Na2C03-10H2O - бесцветный или окрашенный в белый цвет ми нерал со стеклянным блеском, небольшой твёрдостью (1... 1.5), плотностью (1.4... 1.5 г/см3) и несовершенной спайностью. С HCI обнаруживает бурную реакцию вскипания. При нагревании растворяется в собственной кристалли зационной воде. Он образуется в соляных озерах, богатых натрием, при из бытке растворённого СO2. Применяется при производстве стекла, в метал лургии. Содовые месторождения распространены в Восточной Сибири.

Сульфаты - соли серной кислоты. В строительстве из этой группы мине ралов используются ангидрит, гипс, барит и мирабилит.

Ангидрит имеет зернистый вид, голубовато-белый цвет, стеклянный блеск, невысокую твёрдость (3... 3.5), плотность около 3 г/см3, совершенную спайность и листовой излом. Легко присоединяет воду, переходя в гипс с увеличением в объёме до 30%.

Гипс CaSO4-2H2O - кристаллический минерал, имеет белый цвет, малую твёрдость (1.5... 2), низкую плотность (2.3 г/см3), весьма совершенную спай ность и листовой излом, отличается хрупкостью.

Растворим в воде (одна часть гипса на две части воды). В генетическом отношении относится к типичным химическим осадкам и образуется в высы хающих участках моря.

Барит (тяжёлый шпат) BaSO4 имеет таблитчатую форму кристаллов, об разует грубозернистые плотные массы белого и серого цвета со стеклянным блеском, невысокой твёрдостью (2.5... 3.5), совершенной спайностью, неров ным изломом. Отличается слабым пропусканием активных лучей (гамма лучи, рентгеновские и другие), вследствие чего используется для производст ва специальных бетонов. Образуется выпадением из водных растворов. При меняется для производства специальных стёкол, керамических эмалей, пла стмасс, высокосортных красок. Месторождения имеются на Урале, Алтае.

Мирабилит Na2S04-10Н2О содержит свыше 55 % кристаллизационной воды. Образует бесцветные и прозрачные хрупкие кристаллы с твердостью (1.5... 2) и плотностью (1.48 г/см3) с совершенной спайностью. Легко раство ряется в воде, но так же легко её отдаёт в условиях сухой среды, превращаясь в безводный белый порошок. Является минералом химического генезиса (залив Кара-Богаз-Гол). При взаимодействии с НС1 не обнаруживает реакции «вскипания», чем и отличается от похожей на него соды, а при температуре 32 °С растворяется в собственной кристаллизационной воде. Используется в стекольной и химической промышленности (сода, краски и др.).

Месторождения известны в Кара-Богаз-Голе (Каспий).

Сульфиты являются соединениями серы с другими элементами, в том числе с железом.

Пирит FeS2, встречается в виде хорошо образованных кристаллов и больших зернистых скоплений - колчеданных залежей. Имеет золотисто жёлтый цвет, металлический блеск, отличается высокой твёрдостью (6...

6.5), средней плотностью (4.9... 5.2 г/см3) и несовершенной спайностью.

Легко гидролизуется с образованием гидрооксидов и серной кислоты, кото рая способствует быстрому разрушению пород. Пиритовые руды являются сырьём для производства серной кислоты, причём побочный продукт этого производства, пиритовые огарки, используются в технологии производства портландцемента, а так же для получения.

Киноварь HgS, хрупкий минерал красного цвета с сильным полуметал лическим блеском, твёрдостью (2... 2.5), плотностью (8.09... 8.2 г/см3), не проводит электричества. Применяется для изготовления красок, но главным образом для получения ртути. Месторождения известны в Западной Сибири.

3.3. Горные породы Горные породы являются плотными или рыхлыми агрегатами различных минералов или обломков каких-либо пород. Горные породы отличают значи тельные колебания пористости от 0.1 % у магматических горных пород (гранит) до 80 - 85 % у осадочных горных пород (диатомиты, трепелы, опо ки), водопоглощение которых достигают 100 %. Магматические горные по роды благодаря их архитектурной выразительности и гидроизоляционным свойствам используются для внешней и внутренней отделки зданий.

Осадочные породы являются сырьем для получения жиростойких тепло изоляционных материалов с коэффициентом теплопроводности 0.087 - 0. Вт/(м-°С) и температурой применения до 600 °С (асбестосодержащие), 850 900 °С (на основе диатомита, трепела). При изготовлении акустических мате риалов коэффициент их звукопоглощения в зависимости от частоты звуковых волн будут составлять 0.1 - 0. 84.

Горные породы имеют относительно постоянный минеральный состав и специфическое внутреннее строение, определяемое структурными и текстурными особенностями. Под структурой понимают совокупность особенностей строения породы, которые обусловлены степенью её кри сталличности, формой и размерами зёрен, а также соотношением составных частей минеральных компонентов. Текстура же характеризуется совокупностью признаков, определяемых взаимным расположением и определяемых взаимным расположением и распределением составных частей породы в занимаемом ею объёме. Она отображает особенности её внешнего облика: слоистость, сланцеватость, пористость, массивность, декоративность.

Породы могут быть мономинеральными, т.е. состоять из зёрен одного мине рала, и полиминеральными, когда произошло срастание двух или нескольких минералов, различных по химическому составу и свойствам.

Все породы по происхождению подразделяются на три типа: магмати ческие (первичные), образование которых связано с остыванием магмы (силикатного расплава сложного состава) в различных термодинамических условиях земной коры, определяемых совокупностью воздействия высоких температуры и давления, а так же концентрацией минеральных компонентов, содержащихся в расплаве;

осадочные (вторичные) породы, сформированные на поверхности земли, в условиях низкой температуры и атмосферного дав ления. Они являются результатом накопления продуктов разрушения других, ранее образованных пород, выпадения различных химических образований из водной среды и накопления продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов на суше и в воде;

метаморфические (изменённые) по роды, образовавшиеся из осадочных и магматических пород путём полного или частичного их преобразования под влиянием высоких температуры и давления, горячих минерализованных растворов и раскалённых газов.

Магматические породы. Процесс их образования состоит в постепен ной кристаллизации магмы с последовательным выделением твёрдых мине ральных компонентов при её остывании до полного перехода в твёрдое состояние.

В зависимости от условий образования магматические породы разделяются на глубинные (интрузивные), излившиеся (эффузивные) и полуглубинные (гипабиссальные). Глубинные породы образуются на больших глубинах в ус ловиях высоких температуры и давления, медленного и равномерного осты вания магмы. Оно завершается формированием разновидностей с полнокри сталлической структурой, массивной текстурой и равномерным распределе нием минеральных составных частей в массе породы, любые участки которой одинаковы по составу и структуре (рис.3.5). Излившиеся породы появляются на поверхности земли в условиях низкой температуры и атмосферного давления при быстрой отдаче теплоты и быстром выделении газообразных веществ из лавы с образованием в ней многочисленных пор, сохраняющихся и после затвердевания. Поэтому они отличаются неполнокристаллической структурой с обилием аморфного стекла, неоднородной текстурой и чередо ванием в ее объёме участков с неодинаковыми составом и структурой (рис.

3.6). Полуглубинные породы образуются на некоторой глубине от поверхно сти земли при изменяющемся режиме понижения температуры, в результате чего из магмы выделяются разноразмерные кристаллы одного и того же ми нерала: крупные, образовавшиеся в первую, и мелкие, появившиеся во вторую фазы кристаллизации. Структуры этих пород отличаются разнозерни-стостью и называются порфировидными.

В зависимости от количественного содержания кремнезёма все магмати ческие породы разделяются: на ультракислые - свыше 75 %;

кислые - от до 75 %;

средние - от 52 до 65 %;

основные - от 40 до 52 % и ультраосновные - менее 40 % кремнезёма. С уменьшением его содержания возрастает плотность и темнеет окраска магматических пород, так как в их составе уве личивается количество более тяжелых железисто-магнезиальных силикатов.

Главнейшими минералами магматических пород являются кварц, полевые шпаты, плагиоклазы, нефелин, слюды, авгит, роговая обманка и др. Калиевые полевые шпаты и кислые плагиоклазы, кварц и слюды встречаются преиму щественно в кислых породах;

средние плагиоклазы и роговая обманка - в средних, а основные плагиоклазы и авгит - в основных породах. Формы зале гания магматических пород разнообразны. Глубинные породы залегают в ви де батолитов - огромных (до 160000 км2) массивов неправильной формы;

штоков - массивов изометричной формы, отличающихся от батолитов мень шими (до 100 км2) размерами;

лакколитов - грибообразных тел, соединяю щихся подводящими каналами с очагами магмы и жил - плитообразных тел, образованных внедрением магмы в трещины пород. Типичными формами из лившихся пород являются потоки, покровы и купола (конусы). Потоки пред ставляют собой плоские тела, вытянутые в направлении движения жидких лав. Покровы в отличие от потоков имеют равновеликие длину и ширину и образуются при массовых трещинных излияниях лав на больших площадях.

Купола представляют собой конусообразные массы излившихся пород, при уроченных к месту поверхностного излияния.

Глубинные породы. Они имеют высокие показатели прочности, средней плотности, незначительную пористость. Из этой группы рассматриваются граниты, сиениты, диориты, габбро, перидотиты и пироксениты, располо женные в приведённом порядке по мере уменьшения в них кремнезёма.

Граниты - широко распространённые в природе кислые породы, со держащие 65... 75 % SiC>2. В их состав входят калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин) или кислый плагиоклаз в количестве от 40 до 60 %, кварц от 20 до 40% и темноцветные минералы (биотит, роговая обманка) от до 20 %, которые сообщают светло-серую, мясо-красную окраску этим по родам. При большом количестве кварца граниты приобретают высокие твёр дость и хрупкость, а с увеличением содержания роговой обманки становятся более вязкими, однако легче выветриваются, особенно при наличии трещин.

Для них характерны зернистая структура и массивная текстура. Мелкозерни стые разновидности отличаются более высокими плотностью и прочностью и меньше подвержены процессам выветривания. Предел прочности при сжатии у них колеблется от 100 до 250 МПа, то же, при растяжении, от 2 до 7.5 МПа.

Плотность гранитов составляет 2.65 г/см3, а средняя плотность 2.6... 3. г/см3. Они являются малопористыми породами с содержанием пор от 1 до 1. %;

отличаются высокими морозостойкостью и сопротивляемостью ис тиранию;

сравнительно легко поддаются механической обработке (разделке на изделия, шлифованию и полировке), хотя последнее с повышением содер жания слюды затрудняется. Граниты недостаточно огнестойки: при нагрева нии до 900 °С и выше они резко снижают прочность в связи с полиморфными превращениями кварца. Граниты находят самое широкое применение в строительстве, особенно как отделочный материал. Крупные месторождения их известны на Кольском полуострове, в Карелии, на Урале, Алтае и Кавказе.

Сиениты - средние породы, содержащие до 65 % SiCh. В отличие от гранитов, в них отсутствует свободный кварц. Сиениты содержат до 50...

70% кислых полевых шпатов (чаще ортоклаз) и около 25% цветных минера лов (роговая обманка, биотит). Из-за отсутствия кварца они являются более мягкими и, одновременно, более вязкими породами вследствие значительно го содержания роговой обманки.

Сиениты окрашены обычно в светлые серые, розоватые или зеленоватые тона, имеют среднезернистую структуру и массивную однородную текстуру.

Их предел прочности при сжатии составляет 150... 180 МПа, а средняя плотность - 2.6... 2.8 г/см3. В связи с отсутствием кварца они обрабатывают ся и полируются лучше гранитов. Сиениты встречаются реже, что снижает их значение как строительного камня.

Диориты являются средними (62...65 % SiCb) породами, состоящими из средних плагиоклазов (до 75 %) и роговой обманки (25 %), наряду с которой могут присутствовать авгит, биотит. Окраска диоритов тёмно-серая, тёмно зелёная до черноты. Они характеризуются полнокристаллической равномер но-зернистой структурой и массивной текстурой, высокой прочностью при сжатии (180...250 МПа), большими плотностью и средней плотностью (до 2. г/см3), повышенной ударной вязкостью и достаточной устойчивостью к вы ветриванию, хорошей полируемостью. Эти свойства позволяют использовать диориты в качестве материалов, противодействующих различным вибраци онным воздействиям (подпорные камни, фундаменты мостовых сооружений и т.д.), а также применять как ценный декоративный материал. Месторожде ния этих пород сравнительно редки и известны на Урале, Кавказе.

Габбро - основные породы, содержащие от 40 до 52 % SiO2. Из них наиболее распространёнными являются массивные полнокристаллические породы серого, тёмно-серого и тёмно-зелёного цветов, сложенные примерно равными количествами основного плагиоклаза и диаллага (разновидности ав гита). Разновидности габбро, состоящие почти из одного основного плагиок лаза Лабрадора (более 85%), называются лабродоритами, имеющими серую и чёрную окраску с красивыми переливами в синих и зелёных тонах за счёт иризации (отражения световых лучей от внутренних плоскостей спайности этого минерала) и благодаря этому являются ценным декоративным и обли цовочным материалом. Габбро - тяжёлые породы с почти одинаковыми ис тинной плотностью и средней плотностью около 3.1 г/см3, прочностью при сжатии 200... 280 МПа, отличающиеся высокой вязкостью, которая затруд няет их обработку. Месторождения габбро широко распространены на Коль ском полуострове, в Карелии и т.д.

Перидотиты и пироксениты - ультраосновные бесполевошпатные пол нокристаллические породы, содержащие менее 40 % SiO2 и сходные по сво им свойствам. Постоянными минеральными компонентами перидотитов яв ляются оливин (30... 70 %), авгит и гиперстен, а пироксениты состоят почти целиком из последних. Обе породы часто содержат примеси рудных минера лов, повышающих их среднюю плотность (3.0...3.4 г/см3). Отличаются круп но- и среднезернистой структурой и массивной текстурой. Высокая твёрдость этих пород затрудняет разработку месторождений, а высокая вязкость осложняет их обработку, вследствие чего они применяются в качестве материалов особого назначения в специальных гидротехнических и других сооружениях, для устройства внутренних интерьеров гражданских зданий, а также как поделочный и художественный материалы.

Излившиеся породы. Они являются аналогами глубинных по составу, но сильно отличаются от них по структурным и текстурным особенностям.

Наличие полнокристаллической и стекловатой структур, а также немассив ной, часто пористой текстуры неблагоприятно отражается на стойкости их к выветриванию и стабильности прочностных показателей. Однако среди них обнаруживается немало прочных и плотных разновидностей, широко приме няемых в строительстве. Из их числа рассматриваются кварцевые порфиры и липариты;

бескварцевые порфиры (ортофиты) и трахиты;

порфирита и анде зиты;

диабазы и базальты, расположенные в приведённом порядке по тому же признаку уменьшения кремнезёма, что и в группе глубинных пород.

Кварцевые порфиры и липариты - излившиеся аналоги гранитов.

Кварцевые порфиры относятся к древним, а липариты - к нововулкани ческим породам. От гранитов они отличаются порфировой структурой с на личием в мелкозернистой или стекловатой массе породы вкрапленников крупных кристаллов кислого полевого шпата и реже кварца. Цветные силика ты наблюдаются в виде мелких чешуек биотита или тонких иголочек роговой обманки. Кварцевые порфиры окрашены в красновато-бурые тона и являются плотными породами со средней плотностью 2.4... 2.6 г/см3. Предел прочно сти при сжатии изменяется у них от 130 до 180 МПа. Липариты - более лёг кие и пористые по сравнению с кварцевыми порфирами породы белого, свет ло-серого цвета, содержащие небольшие вкрапления кислого полевого шпата и среднего плагиоклаза, а также повышенное количество нераскристаллизо ванного вулканического стекла. Декоративный вид и способность полиро ваться позволяют применять некоторые разновидности липаритов наравне с гранитами для отделочных работ. Месторождения этих пород имеются на Кавказе, Урале.

Бескварцевые порфиры (ортофиты) и трахиты являются соответствен но древними и молодыми излившимися аналогами сиенитов. У ортофилов сильно изменён минеральный состав с появлением в нём вторичных минера лов: каолинита, карбонатов, хлоритов и т.д., которые уплотняют породу, за полняя её пустоты, и способствуют образованию вторичной микрозернистой структуры. Бескварцевые порфиры окрашены в серовато-зелёный или крас новато-бурый цвета. Трахиты - пористые и сильно шероховатые породы бе лой, серой, желтоватой окраски с ясно выраженной порфировой структурой.

Средняя плотность от 1.6 до 2.6 г/см3. Предел прочности от 60 до 70 МПа. Их используют для изготовления бута, щебня, как кислотоупорный материал.

Красивые разновидности ортофиров применяются для отделочных работ (алтайские ортофиты). Эти породы хорошо поддаются обработке, но не по лируются и быстро истираются. Их месторождения известны на Кавказе (Пятигорск), Урале, Алтае и др.

Порфириты и андезиты - плагиоклазовые излившиеся аналоги диори тов, соответственно древне- и нововулканического возраста. Отличаются по ристой текстурой и порфирофой структурой с вкрапленниками плагиоклазов или роговой обманки. Порфириты отличаются повышенной выветриваемо стью и наличием вторичных силикатов - серицита, хлорита и др. Андезиты менее выветрившиеся серые, желтовато-серые или буроватые пористые по роды, сложенные авгитом или роговой обманкой и средним плагиоклазом андезипом. Предел прочности при сжатии у них изменяется от 140 до МПа. Плотность пород составляет 2.7... 3.1 г/см3. Обе породы используются как дорожный камень;

пористые лёгкие разновидности андезитов идут на изготовление стенового материала, из плотных же андезитов получают ки- слотостойкие материалы. Месторождения этих пород широко распростране ны на Кавказе, Урале, Алтае и в Восточной Сибири.

Диабазы и базальты - излившиеся древне- и нововулканические анало ги габбро, отличающиеся от него своими структурными и текстурными осо бенностями. Диабазы имеют скрытокристаллическую структуру, с заполне нием промежутков между плагиоклазами мелкозернистой авгитовой массой.

Они окрашены в зелёные и зеленовато-серые тона. В связи с большим содер жанием железисто-магнезиальных силикатов они отличаются значительной вязкостью, высоким пределом прочности при сжатии от 300 до 450 МПа и средней плотностью 2.7... 2.9 г/см3. Имеют средние твёрдость и обрабаты ваемость, хорошо полируются.

Базальты макроскопически представляют собой чёрную плотную застывшую лаву, находящуюся в скрытокристаллическом или аморфном со стоянии. В них часто встречаются различные включения (ксенолиты), сни жающие их качество. Они являются твёрдыми и одновременно хрупкими труднообрабатываемыми породами;

их прочность варьируется в широких пределах от НО до 500 МПа и в связи с большим содержанием стекла может резко падать;

плотность составляет 3.1... 3.3 г/см 3, а средняя плотность -3.... 3.3 г/см3. Наиболее ценными считаются свежие мелкозернистые базальты, не содержащие стекла и оливина. Базальты являются хорошими ки слотоупорными и электроизоляционными материалами и высоко ценятся как сырьё для каменного литья. Литой камень базальтин используется для полу чения отделочных изделий, труб, химической аппаратуры, отличающихся ки слотоупорностью, высокой прочностью (до 800 МПа) и долговечностью.

Диабазы и базальты добываются в Карелии, Забайкалье, Урале, Кавказе.

Среди излившихся пород заметное место занимают вулканические стёкла: почти безводный аморфный чёрный или красно-бурый обсидиан;

мелкопористый светло-серый или коричневый перлит с содержанием до 3...4% воды;

зеленоватый или бурый смоляной камень (пехштейн) кристал литного строения с большим количеством воды. Из вулканических стёкол получают вспученный перлит - лёгкий и пористый материал. Особой разно видностью вулканических стёкол является пемза, образовавшаяся при быст ром остывании средних и кислых лав на поверхности воды или влажной поч вы. Средняя плотность находится в пределах 0.300... 0.900 г /см3. Предел прочности при сжатии 1.5... 6.0 МПа. Используются вулканические стёкла как заполнители в бетонах и гидравлические добавки в цементах. К вулкано генным породам относят рыхлые вулканические пеплы и сцементированные вулканические туфы, туфовые лавы.

Осадочные породы. Осадочные породы являются главным сырьём про мышленности, в них содержится примерно 70 % глин, около 20 % песков и песчаников, 5% карбонатов. На долю гипса и других минералов остаётся примерно 5%.

По условиям образования осадочные породы делятся на три группы: об ломочные, химические и органогенные. Между ними существуют переход ные разновидности смешанного генезиса.

Породы обломочного (механического) происхождения являются продук тами механического разрушения каких-либо материнских пород и сложены преимущественно обломками устойчивых к выветриванию минералов и по род. Они разделяются по крупности обломков на грубообломочные, средне обломочные (песчаные), мелкообломочные (пылеватые) и тонкообломочные (глинистые). Среди них только глинистые породы являются продуктами хи мического разложения материнских пород, остальные же породы сложены обломками, не подвергшимися существенному выветриванию. Независимо от размеров частиц обломочные породы могут быть рыхлыми или сцементированными.

К рыхлым грубообломочным породам относятся разновидности с ока танной и угловатой формой, образовавшиеся в результате накопления круп ных обломков. Среди них выделяются обломки размером 1000... 100 мм, на зываемые валунами (скатанные) или глыбами (угловатые);

100... 10 мм галькой (скатанные) или щебнем (угловатые), 10... 1 мм - гравием (скатанные) или дресвой (угловатые).

Сцементированные обломочные породы образовались путём цемента ции рыхлых пород различными химическими веществами. Наиболее проч ным является кремнезёмистый цемент (вторичный кварц, опал, халцедон), менее прочны железистый (лимонит), карбонатный (кальцит);

малой цемен тирующей способностью отличается глинистый цемент.

Наибольшее применение в промышленности строительных материалов нашли глинистые породы, состоящие более чем наполовину из мельчайших (менее 0.01... 0.001 мм) чешуеобразных частиц глинистых минералов, среди которых не менее 25 % имеют размеры менее 0.001 мм.

Глины образуются при выветривании полевошпатовых и некоторых других силикатных пород и состоят преимущественно из глинистых минера лов типа каолинита, монтмориллонита и гидрослюд с примесью кварца, слюды, вторичного кальцита, опала и др. Большинство глин являются поли минеральными, однако среди них имеются наиболее ценные мономинераль ные: каолинитовые и монтмориллонитовые разновидности. Главным факто ром при применении глин в строительстве и производстве строительных ма териалов являются их минеральный состав. Полиминеральные глины являют ся сырьём для производства кирпично-черепичных изделий, грубой керами ки, глинозёма, огнеупоров и т.д.

Каолинитовые глины сложены в основном каолинитом и сравнительно свободны от примесей оксидов железа. Они представляют собой белые тон козернистые, жирные на ощупь, малопластичные породы, являющиеся про дуктами разложения (гидролиза) алюмосиликатов диссоциированной водой, содержащей свободные ионы водорода и растворённую СС>2. Процесс каолинизации полевых шпатов схематически представляется в следующем виде:

e Каолинитовые глины являются континентальными отложениями и обра зуются в условиях кислой среды. Они используются в производстве фарфоро-фаянсовых изделий, цемента, шамота. Месторождения каолинитовых глин находятся на Урале, в Сибири и др.

Монтмориллонитовые глины появляются при разложении вулканиче ских пеплов в щелочной среде. Среди них выделяются сильно набухающие в воде натровые глины с преобладанием катиона Na над катионами Са, Mg и К1 и неразбухающие кальциевые - с преобладанием Са над катионами Na и Mg. К первым относятся бентониты и флоридины, породы белой, серовато белой, розовой и другой окраски, характерной особенностью которых являет ся сильное набухание при увлажнении с увеличением объёма примерно в раз и более и высокая адсорбционная способность. Большинство этих глин обладает резко выраженной пластичностью при затворении водой, сохраняя при высыхании приданную им форму, а после обжига образуют камневидные массы. С увеличением в глинах механических примесей пластичность их бы стро снижается. Монтмориллонитовые глины применяются как замечатель ные адсорбенты, так как обладают высокой поглотительной способностью.

Крупных месторождений монтмориллонитовых глин на территории России нет.

Породы химического происхождения (хемогенные) образовались в ре зультате выпадения из истинных и коллоидных водных растворов различных веществ. Важное значение имеют слаборастворимые и подвижные соедине ния карбонатов Са и Mg, а также легкорастворимые сернокислые и галлоид ные соединения - гипсы и ангидриты, осаждающиеся при испарении перена сыщенных растворов в замкнутых морских бассейнах или озёрах, к которым относятся отложения плотных и иолитовых известняков и известковых туфов, магнезита.

К карбонатным породам относятся микрозернистые (афанитовые) из вестняки, а также мономинеральные породы, сложенные кальцитом, с зерни стой или кристаллической структурой, пористой или кавернозной текстурой;

в зависимости от текстуры средняя плотность известняков изменяется в пре делах 2.6... 1.0 г/см3. Месторождения известняков известны в центральной части России, на Кавказе.

Магнезиты являются светлоокрашенными породами, состоящими из ми нерала магнезита. Прочность и плотность их выше, чем у известняков, но в природе они встречаются реже. Магнезиты являются сырьём для произволст- ва огнеупорных изделий, а скрытокристаллические разновидности с плотно стью 2.9... 3.0 г/см3 - для изготовления минеральных вяжущих (каустического магнезита) и изделий на их основе. Месторождения магнези тов находятся на Южном Урале и Дальнем Востоке.

Сульфатные породы. Главными представителями их являются гипс и ан гидрит. Они являются мономинеральными породами зернистокристалличе ской структуры, сложенными минералами одноимённого названия с неболь шими примесями глины, песка и органических веществ.

Ангидриты более плотные породы по сравнению с гипсом. Плотность сульфатных пород 2.2... 2.9 г/см3, прочность на сжатие 60... 80 МПа. Гипс и ангидрит служат сырьём для производства вяжущих.

Месторождения их известны на Средней Волге, Кавказе и Башкирии.

Породы органогенного происхояедения образовались при непосредст венном или косвенном участии организмов. Для этих пород характерны цельно-раковинные и органогенно-детритовые структуры, состоящие из об ломков раковин. Из этой группы рассматриваются породы кремнистого и карбонатного составов.

Кремнистые породы сложены опалом, минералами группы халцедона и осадочным кварцем. Они образуются в холодных морях, реже в озёрных во доемах при участии организмов, концентрирующих в своих скелетах опал.

Главными представителями пластовых пород являются диатомиты, трепелы, опоки и яшмы. Диатомиты - белые или желтоватые рыхлые породы, состоя щие из мельчайших слабосцементированных кремнистых скорлупок диато мита. Трепелы - светлоокрашенные рыхлые, лёгкие и пористые опаловые по роды. По физико-химическим свойствам они близки между собой: высокопо ристы (средняя плотность 0.40... 1.3 г/см3), огнеупорны, кислотоупорны, плохо проводят звук и теплоту, отличаются большим водопоглощением, ис пользуются как адсорбенты, изоляционные, фильтрующие, шлифующие строительные материалы. Месторождения имеются в Поволжье. Опоки пред ставляют собой сцементированные кремнистым веществом трепелы или диа томиты. Плотность опок колеблется от 0.2 до 1.2 г/см3. Они имеют низкий предел прочности при сжатии - 1... 3 МПа, малую среднюю плотность - 1.2...

1.5 г/см3. Как правило, неморозостойки. Применяются в качестве стенового материала, заполнителей в лёгких бетонах, дорожного материала, сырья для получения белых вяжущих веществ и различных добавок. Крупные ме сторождения опок находятся в районах Средней и Нижней Волги, на Урале.

Яшмы сложены микрозернистым халцедоном SiCb и отличаются полосчатой тёмно-красной, желтовато-зеленоватой или чёрной окраской. Являются очень твёрдыми, крепкими однородными тонкозернистыми породами и использу ются в качестве прочного декоративного и поделочного материала. Они ши роко распространены на Урале, Тянь-Шане. Кремни встречаются в разнооб разных вмещающих породах в виде пластов, линз, желваков и состоят из опала и халцедона, иногда с примесью кварца. Наиболее распространёнными являются однородные, очень твёрдые микрозернистые, часто полосчатые, се рого, красноватого, чёрного цвета кремни. Они используются исключительно как абразивный материал.

Карбонатные породы органогенного генезиса сложены преимуществен но кальцитом с примесями кремнезёма, глинистых и песчаных частиц, окси дов железа и др. Широко распространены органогенные известняки, образо ванные путём накопления продуктов жизнедеятельности растительных и жи вотных организмов на дне мелководных тёплых морей: ракушечники, корал ловые известняки, мел. Органогенные известняки залегают пластами значи тельной мощности в несколько десятков метров. Главными их структурами являются цельнораковинная, органогенно-детритовая. По текстурному при знаку выделяются плотные, мелко- и крупнопористые, а также кавернозные разновидности. Распространение органогенных известняков повсеместно: в Сибири, Урале. Разновидностями органогенных известняков являются раку шечники, мел. Мел рассматривается как микрозернистая, слабосцементиро ванная мягкая порода, сложенная мельчайшими частицами скелетов карбо натных водорослей и одноклеточных животных. Вследствие малой прочно сти мел выгодно использовать в цементной промышленности. Он применяет ся для получения чистой белой извести, в производстве стекла, углекислоты, как активный наполнитель пластмасс, резиновых изделий. Средняя плот ность известняков колеблется от 1.2 до 3.1 г/см3, а прочность при сжатии от 10 до 200 МПа. Средняя плотность ракушечников изменяется в пределах 1.... 1.7 г/см3, а прочность при сжатии от 10 до 60 МПа. Месторождения мела имеются в Среднем Поволжье, Курской, Воронежской, Белгородской облас тях.

Смешанные породы представляют собой смеси карбонатных и глини стых пород, к которым относятся доломиты и мергели. Доломитами называ ются породы, состоящие преимущественно из минерала доломита, в котором содержится до 45.8 % магнезита. Макроскопически они похожи на известня ки и опознаются по реакции вскипания только с подогретой НС1 или с хо лодной - в порошке. Окрашены в белый, серый, жёлтый цвета. Залежи доло митовой породы находятся на Верхней Волге, во Владимирской области. Для доломитов характерны сахаровидная, зернистая, плотная структуры и разнообразные, от плотной до пористой (кавернозной) и часто трещиноватой, текстуры. Плотные доломиты характеризуются средней плотностью от 2.7 до 2.9 г/см3 и пределом прочности при сжатии в интервале от 60 до 150 МПа.

Месторождения доломитов известны в Московской области, Поволжье, на Урале.

Мергели содержат от 25 до 75 % СаСОз и являются переходными между карбонатными и глинистыми породами. При содержании 25... 50 % глины в составе известняков образуются собственно мергели, которые с повышением до 50... 75 % переходят в глинистые мергели, а при последующем её увели чении превращаются в известковистые глины. В составе мергелей вместо кальцита могут находиться доломит и кремнезём, образуя, соответственно доломитовые и кремнезёмистые мергели. Мергели - тонкозернистые, одно родные по структуре, жёлтые, серые, неустойчивые к химическому выветри ванию породы с физико-химическими свойствами, зависящими от содержа ния глины.

Средняя плотность их составляет 1900... 2500 кг/м3, а предел прочности при сжатии - 60 МПа. Они быстро диагностируются с помощью НС1 - бурно вскипают с образованием на поверхности породы грязного пятна, чего не наблюдается при аналогичной реакции у известняков. Мергели являются лучшим сырьём для производства цементов. Их месторождения широко рас пространены в пределах Русской равнины.

Аллитовые (алюминиевые) породы состоят преимущественно из гидро ксидов AI, часто с большим содержанием оксидов Fe. К ним относятся бок ситы, состоящие в основном из гидроксидов алюминия с примесью опала, глинистых минералов. Чистые разновидности бокситов содержат до 63...75% глинозёма и до 25... 35 % воды. Окраска их может быть белой, охристо жёлтой, бурой в зависимости от содержания оксидов железа. В структурно текстурном отношении они могут быть микрозернистыми твёрдыми или рыхлыми разновидностями, похожими на глину. Бокситы являются рудами на А1, используются для получения глинозёмистых цементов, огнеупорных материалов, адсорбентов и др. Крупные месторождения их имеются на Урале, в Ленинградской области.

Метаморфические вторичные породы. Эти вторичные породы образо вались под воздействием высоких температуры и давления, химически ак тивных газообразных веществ и горячих растворов, циркулирующих в поро дах. Воздействию этих факторов, особенно проявляющихся при тектониче ских процессах, подвергаются как магматические, осадочные, так и ранее ме таморфизованные породы. Результатом такого воздействия является измене ние структурных и текстурных свойств, а иногда и химического состава по род. Минеральный состав метаморфических пород сходен с составом мате ринских пород, но наряду с первичными минералами: кварцем, полевыми шпатами, амфиболами, слюдами - появляются вторичные, характерные толь ко для метаморфических пород, - гранаты, хлориты, серпентин и др. Они имеют кристаллически-зернистую (кристаллобластовую) структуру с вытяну той формой частиц и разнообразные виды текстур. Наиболее типичными яв ляются сланцеватая с параллельным расслоением в одном направлении че шуйчатых, листоватых, пластинчатых минералов;

полосатая (гнейсовая) с ли нейным расположением чередующихся полос различного минерального со става, а также массивная текстура, развивающаяся при перекристаллизации однородных первичных пород без изменения расположения их зёрен. Формы залегания метаморфических пород соответствуют формам залегания мате ринских магматических и осадочных пород. К наиболее распространённым метаморфическим породам относятся гнейсы, кристаллические сланцы, кварциты и мраморы.

Гнейсы - светлоокрашенные серые, красноватые и других оттенков кристаллически-зернистые породы, образующиеся при метаморфизме кислых магматических и осадочных пород. Среди них различают ортогнейсы, появившиеся из гранитных или кислых порфировых, и парагнейсы - при метаморфизме осадочных пород: аркозовых песчаников, рыхлых скоплений кварца, полевого шпата, слюд и др. Ортогнейсы по минеральному составу сходны с гранитами, но отличаются от них слоистой или полосатой текстурой. Средняя плотность их составляет 2400... кг/м3, а наибольший предел прочности при сжатии (перпендикулярно слоистости) изменяется от 100 до 200 МПа и уменьшается в параллельном направлении примерно в два раза. Они используются в виде облицовочных плит, для кладки фундаментов, в качестве мостильного и бутового камня и др. Их месторождения известны в Карелии, на Кольском полуострове, Восточной Сибири, Кавказе.

Кристаллические сланцы. Глинистые сланцы образуются из глин при слабом влиянии метаморфизма, а с дальнейшим его усилением претерпевает полную перекристаллизацию и переходят в филлиты - тёмно-серые и крас новатые тонкосланцевые породы, состоящие из вторичных кварца, серицита и хлорита. Они отличаются способностью раскалываться на ровные тонкие пластинки и, обладая достаточной плотностью, вязкостью, твёрдостью и во достойкостью, используются как местный кровельный материал. Филлиты имеют предел прочности при сжатии 50... 240 МПа, плотность - около 2.7г/см3. При дальнейшем повышении давления и температуры филлиты пре образуются в другие разновидности сланцев: слюдяные, хлоритовые, талько вые и т.д. Особое место занимают шунгитовые сланцы - древние (докембрийские) метаморфизованные осадочные породы плотной структуры, сложенные шунгитовым веществом. Они окрашены в тёмно-серый, иногда чёрный цвет, отличаются средней плотностью 2700... 2900 кг/м3, прочностью при сжатии 140... 300 МПа. Особо ценным свойством этих пород является их способность превращаться в лёгкий пористый заполнитель - шунгизито-вый гравий. При этом наиболее активное и полное вспучивание при обжиге проявляется у шингитовых пород, содержащих 1.2... 5 % шунгитового веще ства с частицами размером около 0.02 мкм, равномерно распределённого в кварц-плагиоклаз-хлоритовой силикатной массе. Особенностью шунгизито вого гравия является наличие стекловатой структуры и исключительная инертность по отношению ко всем агрессивным средам. Шунгитовые сланцы применяются в качестве сырья для получения шунгизитового гравия, чёрного цемента, красок, добавок при изготовлении силикатного кирпича, штучных плит для полов, плинтусов, а также как декоративный и скульптурный мате- риалы. Шунгитовые сланцы добываются в Карелии. Различные разновидно сти других кристаллических сланцев встречаются во многих районах Урала, Сибири, Кавказа.

Кварциты образуются путём метаморфизации кварцевых песков и пес чаников под влиянием давления и высоких температур. Это очень плотные и твёрдые мелко- и среднезернистые белые, жёлтые, серые и красноватые по роды с массивной или сланцевой текстурой. Наряду с кварцем (до 95... 99 %) они могут содержать различные примеси: слюды, гематита, хлоридов и др.

Кварциты погодоустойчивые и прочные породы: предел прочности их со ставляет 100... 400 МПа, а средняя плотность изменяется от 2800 до кг/м3. Они отличаются слабым сцеплением с вяжущими, большой хрупко стью и труднообрабатываемостью;

имеют высокую огнеупорность, кислото-и щёлочестойкость и применяются главным образом в производстве динаса, а также как абразивный, кислото- и щёлочестойкий материалы. Красивые раз новидности кварцитов являются прекрасным декоративным и облицовочным материалом. Разновидности со значительным содержанием (более 40 %) же лезистых минералов являются рудами на железо (Криворожье, Курская маг нитная аномалия). Месторождения кварцитов известны в Карелии, Ленин градской области, Криворожье, КМА, на Алтае и др.

Мраморы образуются при перекристаллизации известняков и доломитов под влиянием динамотермального метаморфизма с преобладанием темпера турного фактора. Чаще всего они появляются на контакте карбонатных пород с интрузиями и представляют собой равномерно-зернистые массивные или слоистые породы, окрашенные в разнообразные цвета от светлых до чёрных с различными оттенками в зависимости от содержания примесей. Главными породообразующими минералами являются кальцит (легко вскипающие мра моры от НС1) и доломит (плохо вскипающие мраморы) с возможными при месями, в том числе кварца. Особенно вредной примесью является пирит, легко разлагающийся на воздухе с образованием Н2SO4 и сильно ухудшаю щий физико-механические свойства мрамора и его окраску. Средняя плот ность мраморов близка к 2600... 2800 кг/м3, а предел прочности при сжатии достигает 100... 120 МПа. Доломитовый мрамор значительно прочнее и твёрже кальцитового. Мраморы хорошо обрабатываются - пилятся, шлифу ются и полируются, но слабо сопротивляются выветриванию, особенно влия нию агрессивной воды, содержащей растворённую углекислоту. Мраморы широко применяются для внутренних отделочных работ, а в виде крошки при приготовлении цветных штукатурок, облицовочного декоративного бе тона. Месторождения мрамора находятся в Карелии, Урале, Сибири, Кавказе и др.

3.4. Распространенность элементов в земной коре Хозяйственная деятельность человека тесно связана с использованием природных богатств, в том числе залегающих в недрах земной коры.

Поэтому полезно напомнить некоторые общие сведения о земной коре.

Толщина земной коры в горных районах достигает 50-70 км и падает до 5-10 км в океане. Большинство геологов принимают среднюю толщину зем ной коры в 16 км. С известной долей достоверности можно считать, что наи более распространенные элементы О, Si, и А1 составляют по массе 82.58 %, а первые по распространенности, 12 элементов - О, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, К, Н, Cl, Ti, С - 99.29 %. Следовательно, на долю остальных элементов приходится только 0.71%.

Примерное содержание наиболее распространенных минералов (в % по массе) в земной коре таково:

Кварц, опал, халцедон и др. разновидности SiO2 12. Глины 1. Мета - и ортосиликаты 15. Полевые шпаты 54. Слюды 3. Доломит 1. Кальцит 1. Минералы, содержащие железо 3. Осадочные породы являются главным сырьем промышленности (табл.3.1), в них содержится примерно 70 % глин, около 20 % - песков и пес чанников, 5 % - карбонатов.

Таблица 3.1.

Содержание оксидов в земной коре и продуктах промышленного производства (по А.Е.Ферсману) Оксиды Магматические Осадочные Продукты породы, % породы, % промышленного производства SiO2 59.12 58.53 63. А1203 13. 15.34 12. Fe203 3.08 3. FeO 3.80 6.88 2.0 5.37 9. CaO 5.16 5. 3.84 1. Na 3.49 15.62 2.51 11.86 13. MgO 3.13 2. K2O H20 1.15 4. 3. C02 4. Известна роль воды и углекислоты в процессах минералообразования.

Если в изверженных породах содержание воды состовляет 1.15 %, а СO практически отсутствует, то в осадочных породах содержание H2O повыша ется до 4.2 %, a CO2 - до 4.94 %. Следует подчеркнуть, что на 1 молекулу СO2 в осадочных породах приходится 2.44 молекулы воды;

велика ее роль в геологических процессах выветривания, которые идут при относительно низ ких температурах.

В производстве строительных материалов и изделий давно используется обработка исходного сырья при высоких температурах (800 - 2000 °С) и нор мальном атмосферном давлении. Только автоклавная технология использует относительно низкие температуры (100-300 °С) при повышенных давлениях парогазовой среды. Именно такие условия очень часто имеют место в верх них слоях земной коры, где идут интенсивные процессы образования осадоч ных и метаморфических горных пород.

Образование минералов и горных пород в земной коре идет в широком диапазоне температур и давлений. Известно, что на каждые 100 м температу ра увеличивается на 1 °С, на глубине 100 км температура достигает 1100 1300 °С. Об увеличении давления по мере углубления дают представление следующие данные:

Глубина, км Давление, МПа 100 3100. 600 21300. 600 68000. 3600 230000. 6370 350000. Вещество в твердом состоянии сохраняет форму и объем, что позволяет широко использовать его для инженерных целей. Вещество в жидком состоя нии сохраняет только объем;

с понижением температуры, упорядоченность его строения увеличивается, а с повышением температуры - уменьшается, и жидкость приближается к газообразному состоянию. У вещества в газообраз ном состоянии упругость формы отсутствует, а упругость объема имеет од носторонний характер (сопротивление только сжатию).

Для технологии строительных материалов особое значение имеет твер дое состояние вещества. Твердые тела принято делить на кристаллические и аморфные. Все кристаллы имеют упорядоченное строение - кристаллическую решетку. При одинаковом химическом составе кристаллы обладают меньшей энергией, чем аморфные тела. Физические свойства кристаллов могут меняться в различных направлениях (анизотропия), что обусловлено строением кристаллической решетки.

Аморфные вещества не имеют организованной структуры. Они, как пра вило, изотропны и обладают избытком свободной энергии. Вещества в аморфном состоянии, как менее устойчивые, при соответствующих условиях переходят в кристаллические с выделением тепла, процесс перехода из аморфного состояния в кристаллическое необратим. Получить аморфное ве щество из кристаллического удается только в качестве побочного продукта химических процессов, например при обезвоживании А1 (ОН)з или Са(ОН)2, либо в результате предельно тонкого измельчения, когда размеры зерен достигают порядка 10"7 см и меньше, удельная поверхность характеризуется величиной 500-1000 м2/г. К этой огромной внешней поверхности следует добавить внутреннюю (трещины, каверны и т.п.).

Практически достигнуть такого диспергирования чрезвычайно трудно, так как после определенного уровня создаются благоприятные условия для развития обратных процессов (образования флокул, рекристаллизации и др.).

Упругость пара аморфных фаз больше упругости пара кристаллических фаз аналогичного состава, что определяет их неустойчивость и обуславливает возможность перехода в кристаллическое состояние. Технический синтез новообразований требует меньших энергозатрат при использовании исходных компонентов аморфного, стеклообразного строения или тонкоизмельченных кристаллических.

Кристаллическое состояние является следствием периодичности поля кристаллической решетки и распределения электронной плотности в объеме кристалла. Устойчивые структурные формы подчиняются требованиям ми нимума свободной энергии, энергетическая прочность кристалла характери зуется энергией решетки (ионный кристалл) или энергией атомизации (атомный кристалл), механическая прочность - удельной свободной поверх ностной энергией.

Строение кристаллической решетки связано с химическим составом ве щества. Чем проще химический состав, тем выше симметрия кристаллов. % элементов и 70 % бинарных соединений образуют кубические кристаллы, 75 - 85 % соединений с четырьмя-пятью атомами в молекуле образуют приз матические и ромбические кристаллы. Родственные по строению молекулы кристаллизуются в сходных кристаллических формах.

В узлах кристаллической решетки находится одна элементарная ячейка.

Она представляет собой наименьший объем, который можно выделить, при чем в этом объеме сохраняются все свойства кристалла. Расстояние между узлами - элементарными ячейками - в кристаллах измеряется в ангстремах ( А = 10~8 см). Обычный кристалл состоит из простых, плотно уложенных бло ков размером 10"5 - 10~6 см. Реальный кристалл отличается от идеального.

По ряду причин в нем возникают дефекты «грубого» строения (трещины, ис кривления, примеси посторонних веществ) размером в несколько десятков ангстрем и дефекты «тонкой» структуры, если внутрь решетки войдет мень- ший или больший посторонний ион. В идеальном кристалле расположение ионов, атомов, молекул в узлах пространственной решетки характерно для конкретного минерала, т.е. является его качественной характеристикой.

Прочность идеального кристалла очень велика - десятки тысяч мегапаскалей.

Прочность же реальных кристаллов много ниже. Так, наиболее распростра ненные строительные материалы имеют прочность 1.0 - 300.0 МПа. Поэтому полезно так организовать технологический процесс, чтобы обеспечить полу чение кристаллических продуктов с наиболее искаженными решетками. В частности, известно, что, чем крупнее кристалл, тем более вероятно возник новение различных дефектов. На рис. 3.7 показано изменение прочности мо нокристалла в зависимости от площади поперечного сечения. Более устой чивы структуры, в которых обеспечена плотнейшая упаковка и имеется вы годное число и направление связей.

В зависимости от особенностей силикатных кристаллов различают ре шетки: ионные, ковалентные, молекулярные;

широко распространены решет ки промежуточных форм.

Заметим, что технология минеральных строительных материалов в из вестной мере имитирует процессы, происходящие в недрах земной коры.

Огонь - первая природная стихия, которой человек давно научился управлять и которую он энергично эксплуатирует для бытовых и промышленных целей.

Так, основным способом производства строительных материалов является огневая - температурная обработка (таблица 3.2.).

В металлургии в подавляющем большинстве случаев процесс ведется в восстановительной атмосфере при высоких температурах, обеспечивающих расплавление продуктов с последующей термической обработкой охлажден ного металла (закалка, отпуск, цементация и т.п.) для фиксации заданных свойств.

Таблица 3.2.

Классификация минеральных образований Группы ых минеральных Группы лх образований о природга Ленду минеральш А.В. Нехорошеву Технологические Технологические Температурный Температурный условия условия интервал, °С интервал, °С Воды мало Термические 1000 и выше 600 Вода присутству- Выше 900- Пневмотолито ет в значительных термические - 1000 600-900 (1000) количествах Вода Пневмотолито играет су- гидротермальные 375 - 600 ниже 200-375 (600) ниже Гидротермальные щественную роль То же 375 Технология минеральных строительных материалов применяет: высокие температуры, обеспечивающие полное или частичное расплавление и низкие температуры вплоть до нормальных;

вакуум, атмосферное и высокое давле ние;

восстановительную, окислительную и нейтральную атмосферу.

Глава 4. Искусственные строительные материалы 4.1. Технология Технология (от греч. наука о мастерстве) - совокупность методов обра ботки, изготовления, изменение состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката в процессе производства продукции.

Известны различные технологии: химическая технология изучает про цессы, ведущие к изменению химического состава исходного сырья и полу чение нового продукта, обладающего нужными химическими и физическими свойствами;

технологические процессы механической обработки связаны главным образом с изменением формы;

технологические процессы сборки приводят к относительному изменению положения деталей или целых узлов, необходимому для создания более сложной системы (машины, аппараты, сооружения).

Следует подчеркнуть взаимосвязь механических, физических и химиче ских способов обработки. Так, например, тонкое измельчение и повышение температуры способствуют ускорению процессов. Существуют химические приемы, облегчающие механическую обработку (так, при смачивании водой извести-кипелки получают тонкий порошок извести-пушонки). Технология сборки также широко использует достижения и химической, и механической обработки (сварку, склеивание).

Совершенствование и прогрессивное развитие любой отрасли промыш ленности требует обстоятельных знаний в пограничных областях. Более того, возникновение таких наук, как физическая химия, химическая физика, физи ко-химическая механика и другие, тесно связано с развитием технологии различных производств.

Непрерывное научное развитие технологии является мощным средством увеличения производительности труда и более эффективного использования природных богатств.

Производство строительных материалов и изделий следует отнести к химической технологии. Оно опирается в значительной мере на химию твер дых тел - научное направление, зародившееся в начале текущего столетия.

В развитии любой отрасли производства, и в частности химической тех нологии, можно выделить три этапа.

1-й этап - зарождение новой технологии, когда известны отдельные от рывочные данные, мало научных сведений и много так называемых секретов производства. На первом этапе развития предъявляются строгие требования к сырью и режимам его обработки, и все же, как правило, продукция не обла дает высоким качеством. Современный уровень знаний позволяет, и довольно часто, миновать первый этап, однако исключить его полностью невозможно.

Примером может служить развитие автоклавной технологии, пластических масс.

2-й этап - систематизация и научная обработка производственного опыта и результатов исследований. Создаются правила выбора сырья, подготовки и обработки сырьевой смеси. Устанавливается зависимость качества продукта от его основного состава и главнейших примесей. Систематизируются ре зультаты наблюдений за физическими и химическими процессами, происхо дящими в сырьевой шихте при обработке. Разрабатываются технические ус ловия и требования на стандартную продукцию. Сведений достаточно, чтобы организовать производство в государственном масштабе, но недостаточно, чтобы сознательно регулировать в нужном направлении качество продукции.

При замене сырья необходимо проведение экспериментов.

3-й этап развития технологии - научное управление производством. Из вестны основные закономерности технологии, что позволяет регулировать качество продукции, использовать различные виды сырья и менять техноло гические режимы с учетом применяемого сырья и качества продукции.

Главной задачей инженера-технолога является создание условий, обес печивающих максимальную производительность труда, для чего он должен владеть методикой расчета материальных, энергетических затрат, кинетиче ских и других технологических показателей, уметь разрабатывать технологи ческие схемы;

составлять и правильно оценивать технико-экономические расчеты;

предусматривать мероприятия, обеспечивающие охрану труда и не обходимые санитарно-технические условия производства.

Технико-экономическая эффективность технологического процесса ха рактеризуется следующими показателями:

1. Главные:

а) расход сырья и энергии на единицу продукции, полнота использова ния природных богатств;

б) качество и стабильность продукции;

в) интенсивность процессов.

2.Производные:

г) трудозатраты и производительность аппаратуры;

д) затраты на организацию производства;

е) себестоимость продукции.

Если при эффективных главных показателях оказывается неэффектив ным хотя бы один из производных, то причины прежде всего нужно искать в аппаратурном оформлении, режимах и организации производства в целом.

Но, если неэффективны «а», «б» и «в», то нужно ставить вопрос о целесооб разности дальнейшего существования такой технологии.

Производительность труда и аппаратов тесно связаны. Дело не только в объеме и качестве продукции, очень важно, какими средствами они достига ются, каковы условия труда, материальные затраты общества в целом. Такой подход заставляет нас менять отношение к установившимся технологическим схемам и аппаратам.

Экономичность обуславливается не только технологическим процессом, но и конъюнктурными условиями страны, а иногда отдельного региона.

Большое значение имеют местные цены на топливо, электроэнергию, строи тельные материалы, условия транспорта продукции и другие, которые опре деляют себестоимость и капитальные затраты. Инженер должен уметь вы брать в конкретных условиях наиболее эффективную технологию, правильно аппаратурно ее оформить, автоматизировать и обеспечить санитарно технические условия, исключающие загрязнение воздуха, воды и территории отбросами производства.

Главные задачи современной химической технологии:

• максимально экономное использование природных богатств;

• синтез веществ путем химических превращений сырья;

• переработка нового вещества в конечный массовый продукт;

• разработка аппаратов-автоматов, обеспечивающих при высоких техни ко-экономических показателях необходимые санитарно-гигиенические усло вия рабочих и живущего в районе завода населения.

Технологическая схема производства минеральных строительных мате риалов и изделий (без учета транспортных операций) включает:

1. Добычу сырья. Определение запасов, оценку качества и стабильности исходного сырья, выбор способа добычи.

2. Подготовку сырья. Обогащение, измельчение, сушку и увлажнение, а также другие операции, которые приводят сырье в стандартное для данного технологического процесса состояние.

3. Приготовление сырьевой смеси. Расчет состава (определение соотно шения исходных компонентов), определение условий перемешивания (мокрый или сухой способы подготовки сырьевой смеси и т.д.), выбор аппа ратуры, обеспечивающей требуемые технологические характеристики.

4. Подготовку к реактору. Формование, предварительное выдерживание в определенных условиях до реактора (нагревание, охлаждение, сушка, ув лажнение и т.п.).

Например, технологию подготовки смесей к обжигу определяют печи:

шахтная (щебень, окатыши, брикеты), вращающаяся (порошок или шлам).

Технологию формовки также определяет способ подготовки шихты: мокрый - литье, сухой порошок - прессование и т.д.

Подготовкой к реактору являются операции:

• выдержки перед процессом (например, железобетонных изделий перед гидротермальной обработкой);

•придания изделию необходимых формы, размеров, влажности.

5. Обработку в реакторе (печи, автоклаве, пропарочной камере) при оп тимальных температуре, давлении, влажности.

6. Отделку и сортировку. Придание продукту товарного вида.

7. Хранение продукта. Определение условий режима хранения на складе завода. График времени, температур, влажности.

4.2. Неорганические вяжущие и материалы На основе неорганических вяжущих веществ (цементов, силикатов и глин) приготавливают минеральные гидроизоляционные материалы.

Теплоизоляционные материалы из ячеистых бетонов имеют пористость, коэффициент теплопроводности и температуры применения соответственно 85 - 92 %, 0.058 - 0.081 Вт/(м-°С) и 400 - 700 °С.

Акустические материалы обладают коэффициентом звукопоглощения в зависимости от частоты звуковых волн - 0.08 - 0.76.

* Сырьевой базой для производства неорганических вяжущих веществ являются горные породы и побочные продукты промышленности. Среди горных пород для этих целей используют сульфатные - гипс и ангидрит;

кар бонатные - известняк, мел, известковые туфы, ракушечник, мрамор, доломи ты, доломитизированные известняки, магнезит;

мергелистые - известковые мергели;

алюмосиликатные - нефелины, глины, глинистые сланцы;

высоко глиноземистое сырье - бокситы, корунды и др.;

кремнеземистые горные по роды - кварцевый песок, вулканический пепел (пуццолана), диатомит, тре пел, опока.

Среди побочных продуктов находят применение шлаки металлургиче ские и золы, которые делятся на основные и кислые, что определяется их мо дулем основности:

М0 = СаО + MgO / SiO2 + А12О3 (4.1) У основных шлаков М0>1;

у кислых - М0<1.

Воздушные вяжущие вещества. Сырьем для производства гипсовых вяжущих веществ служат сульфатные горные породы, содержащие минерал двуводный гипс CaSC4 • 2H2O. При температуре от 110 до 180 °С природный гипс становится полуводным гипсом - CaSC4 • O.5H2O.

Особенностью гипсовых вяжущих веществ является их короткий срок схватывания. Их использование обуславливается относительной влажностью воздуха не более 60%, так как увлажнение гипсового изделия связано с по нижением прочности и ростом пластических деформаций. Известны способы повышения водостойкости гипса и изделий, например добавлением синтети ческих смол, пропиткой гидрофобными веществами, интенсивным уплотне нием при формировании. Особенно эффективным способом повышения во- достойкости является переход к смешанным вяжущим веществам на основе гипса.

Сырьем для производства воздушной извести служат плотные известня ки, ракушечники, мел, доломитизированные известняки при условии, что со держание глинистых примесей в них не превышает 6 %. Сырье обжигают при температуре 1000... 1200 °С до полного удаления углекислого газа.

Если комовую известь измельчить, получится молотая негашеная. Более распространена в строительстве известь гашеная, получаемая путем затворе ния водой негашеной извести.

Гашение извести производится в пушенку или в известковое тесто. При расходе воды 1 л на 1 кг извести комовая известь превращается в тонкий рыхлый порошок со значительным увеличением в объеме;

при расходе воды 2... 3 л на 1 кг извести получается известковое тесто, что также сопровожда ется увеличением в объеме.

Воздушную известь применяют для приготовления кладочных и отде лочных растворов, бетонных изделий, силикатного кирпича и т.д.

Сырьем для магнезиальных вяжущих веществ служит магнезит MgC O и доломит СаСОз • MgCO2.

Обжиг магнезита производится при температуре 750...800°С (во вра щающихся печах до 1000°С) до полного разложения MgC O2 на MgO и СО с удалением углекислого газа. После помола MgO представляет собой воздушное вяжущее вещество, называемое «каустическим (жгучим, едким) магнезитом», оно имеет предел прочности при сжатии 40...60 МПа.

Обжиг доломита производят при более низких температурах в интервале 650...750°С, так как при повышении температуры обжига начинает разлагаться и СаСОз с образованием извести. Разложение происходит по реакции:

CaMg(CO3)2 -» MgO + СаСОз + СО2 • MgO + CaCO3 (4.2) Полученный материал называют каустическим доломитом, который из за инертной примеси СаСОз не имеет высокой прочности - марка не превы шает 100...300 (кгс/см2).

Особенностью применения магнезиальных вяжущих веществ является затворение их водными растворами магнезиальных солей MgCl2 и MgSO4, причем начало схватывания наступает не позднее 20 минут, а конец - не позднее 6 часов.

Магнезиальные вяжущие вещества имеют хорошее сцепление с органи ческими заполнителями: древесными опилками (ксилолиты), древесной шер стью (фибролиты).

Растворимое (жидкое) стекло. Для производства растворимого стекла сырьем служат в основном чистый кварцевый песок и кальцинированная сода Ка2СОз или сернокислый натрий Na2SO4, значительно реже вторым компо нентом является поташ К2СОз.

Тщательно перемешанную сырьевую смесь расплавляют в стекловарен ных печах при температуре 1300...1400°С, а затем содержимое выгружают в вагонетки. При быстром охлаждении она твердеет и раскалывается на куски, именуемые силикат-глыбой. Лучше всего растворять силикат-глыбу в авто клавах при давлении 0.6... 0.7 МПа и температуре 150 °С, превращая ее в си ропообразную жидкость плотностью 1300... 1500 кг/м3. Состав получаемых щелочных силикатов выражается формулами: натриевого Na2O nSiO2, калие вого К2О nSiO2, где п - модуль жидкого стекла, равный соответственно 2.6...

3.5;

3... 4. Модуль показывает, во сколько раз в грамм-молекуле щелочного силиката больше кремнезема, чем оксида щелочного металла.

Жидкое (растворимое) стекло применяют для производства кислото упорных цементов, жароупорных бетонов, силикатных красок и обмазок, для пропитки (силикатизации) грунтовых оснований.

Гидравлические вяжущие вещества. Гидравлические вяжущие веще ства могут быть использованы как в сухих (воздушных), так и во влажных условиях. Впервые гидравлические вяжущие вещества применили римляне в 1 веке нашей эры для сооружений водопровода;

они смешивали воздушную строительную известь с вулканическим пеплом, пуццоланой (несколько ис каженное итальянское название по наименованию местечка Пуццуоли вблизи Рима).

Гидравлическая известь. Сырьем для производства гидравлической извести служат мергелистые известняки с содержанием в них глины и песчаных примесей от 6 до 20%.

Сырье обжигается при температуре 900...1100°С. При обжиге образуется не только свободная известь, но и ее химические соединения с оксидами глины: силикаты 2CaOSiO2, алюминаты 2СаОА12Оз, ферриты 2СаО • Fе2Оз кальция.

Гидравлическая известь обладает невысокой прочностью, прочность при сжатии составляет 2...5 МПа.

Характеристикой сырья и готового вяжущего вещества служит гидрав лический, или основной модуль:

m = SiO2 / A12O3 + Fe2O3 (4.3) Для гидравлической извести основной модуль может колебаться в пре делах от 1.7 до 9.0. У воздушной извести гидравлический модуль больше 9.0.

Портландцемент. Сырьем для производства служат известняк и глина.

Могут использоваться мергель, доменный шлак, опока и др.

Требование к химическому составу сырья для получения клинкера - не допускает больших колебаний в содержании четырех главных оксидов. Со держание оксидов (%): СаО - 63...67, SiO2 - 20...24, А12О3 - 4...9, Fe2O3 - 2...4.

При расчете состава сырья используется основной, или гидравлический мо дуль, указанный выше, а также силикатный (кремнеземистый), %:

n = SiO2 / (А12О3 + Fe2O3) (4.4) или алюминатный (или глинозе):

Р = А1203 / Fe203 (4.мистый5) Их числовые значения должны находиться в пределах: т = 1.9...2.4;

п=1.7... 3.5;

р = 1.0...2.5.

Производство портландцемента состоит из приготовления сырьевой смеси, обжига этой смеси до спекания в клинкер, складирования клинкера, помола клинкера совместно с гипсом, минеральными и другими добавками.

Для изучения кинетики клинкеробразования наибольший интерес пред ставляют скорости растворения СаО, 2СаО • SiO2 и ЗСаО • SiO2, т.е. тех ми нералов, которые взаимодействуют при обжиге цементного клинкера.

Тороповым Н.А. и Румянцевым П.Ф. разработан метод исследования ки нетики растворения клинкерных минералов в жидкой фазе портландцемент ного клинкера. Для исследования рекомендуется использовать высокотемпе ратурный микроскоп. При этом на площадку расклепанной части платиново го нагревателя наносится тонкий слой измельченного и тщательно переме шанного порошка, составленного из углекислого кальция, кварца, окиси алюминия, окиси железа в таком соотношении, которое в пересчете на про каленное вещество дает валовый химический состав, соответствующий наме ченному химическому составу расплава.

Затем образец нагревается до температуры 1350 °С и охлаждается до комнатной температуры (рис.4.1,а). На поверхность застывшего расплава на носятся частицы (зерно) минерала, растворение которого изучается (рис.4.1,6). Размер зерна предварительно измерялся под микроскопом. Тем пературу приготовленного таким образом образца быстро (в течение 1 с.) поднимают до заданной, и зерно начинает растворятся (рис.4.1,в). Выдержку образца при заданной температуре продолжают до полного растворения зер на (рис.4.1,г), при этом секундомером фиксируют продолжительность рас творения.

Обжиг сырьевой смеси - центральный этап технологии цемента. Наи высшая температура обжига (1450°С) достигается в зоне спекания. При этом образуется расплав в количестве 20...30% объема обжигаемой смеси. В при сутствии жидкой фазы происходит более полное насыщение силиката каль ция известью и образуется трехкальциевый силикат ЗСаО • SiO2 (CasSiO2) основное соединение. По Бутгу и Тимашеву, сначала образуются тетраэдры Si O2, которые потом соединяются с ионами Са2+, образуя кристаллическую решетку трехкальциевого силиката. Остальные соединения образуются ранее (двухкальциевый силикат Са2SO4, трехкальциевый алюмосиликат Са3А12О6 и четырехкальциевый алюмоферрит Са4А12Fе2О10).

Состав клинкера, % Ca3SiO5 (кратко C3S).....................45... Ca2SiO4 (кратко C2S).....................20... Са3А12О6 (кратко С3А).....................4... Ca4Al2Fe2Oio (кратко C4AF)..........10... Активностью портландцемента называют показатель предела прочности, получаемый при испытании на осевое сжатие половинок образцов балочек размерами 4 х 4 х 16 см, изготовленных из цементного раствора состава 1: (по массе) и В/Ц = 0.4, в возрасте 28 суток твердения.

На активность портландцемента значительное влияние оказывает тон кость помола 2500...3000 см2/г. При помоле с центробежным сепаратором, возвращающим крупные зерна на домол, можно достигнуть тонкости помола с удельной поверхностью до 4000...5000 см2/г.

Все доменные шлаки в той или иной степени обладает способностью к гидравлическому твердению, но эта способность у большинства шлаков на ходится в скрытом состоянии. Использование шлаков для производства шла ковых цементов основано на применении ряда методов активации их гидрав лических свойств.

Существует по крайней мере два пути активации вяжущих свойств до менных шлаков: обработка остывших тонкоизмельченных шлаков и шлаков в огненно-жидком состоянии.

Тороповым Н.А. и Румянцевым П.Ф. доказана возможность получения из огненно-жидких доменных шлаков плавленого портландцементного клин кера обогащением СаО и Fe2O3 (рис.5.2). Было сделано несколько следую щим выводов. При обогащении огненно-жидкого шлака СаО необходимо до вести его химический состав до состава портландцементного клинкера и обеспечить температуру нагревания 1700 - 1800 °С. Введение фтористого на трия в шлаки существенно увеличивает скрытые гидравлические свойства шлаков, имеющих в своем составе 2СаО • SiO2, и снижает температуру плав ления всех шлаков. NaF в данном случае является плавнем - активизатором.

Добавка 1% портландцемента к шлаковым расплавам перед грануляцией повышает активность цементов из этих шлаков на 20 - 30%.

Изменение физико-механических свойств клинкера значительно зависит от температуры его получения, что связано с происходящими структурными изменениями в нем (рис.4.2). Действительно, согласно данным петрографического анализа, при нагревании заводского клинкера до 1720 °С наряду с незначительным увеличением количества жидкой фазы наблюдается постепенное укрупнение до 60-80 мкм кристаллов 2СаО • SiO2 и ЗСаО • SiO2, и эти кристаллы принимают правильную, характерную для данных ми нералов форму (крупные зерна белита и крупные пластинки элита, рис.4.2, а).

Укрупнение кристаллов и увеличение устойчивости их кристаллической решетки за счет более совершенной кристаллизации - единственно возмож ные причины снижения гидравлической активности расплавленного при 1720°С клинкера (рис. 4.2,6).

С 1720 °С начинается разукрупнение кристаллов белита, а при 1800 °С то же самое происходит и с алитом. Так, в клинкере, полученном плавлением при 1820 °С и быстро охлажденном, наблюдается мелкокристаллическая структура, представляющая собой тонкие длинные пластинки ЗСаО • SiO2 и между ними - очень мелкие округлые кристаллики ЗСаО • SiO2 (рис. 4.2,в).

Такой характер кристаллизации обуславливает повышенную гидравли ческую активность. Подтверждением этому служит то, что при более медлен ном охлаждении происходит укрупнение кристаллов алита и белита (рис.4.2,г), которое сопровождается снижением гидравлической активности плавленного клинкера.

Быстротвердеющие и высокопрочные цементы изготавливают из тща тельно подобранных сырьевых материалов. Содержание C3S в БТЦ должно быть не менее 50%, а в ВПЦ - не менее 60%. К быстротвердеющему порт ландцементу можно добавлять не более 10% активных минеральных добавок (или не более 15% гранулированных доменных шлаков). В ВПЦ добавок вво дят не более 5%.

Алинитовый цемент. Сырьем для его производства являются смесь из вестняка, глинистого компонента и добавки раствора хлористого кальция.

Для получения клинкера сырьевую смесь обжигают при температуре Ю50...1150°С (вместо 1450...1500°С при получении клинкера портландцемента). Преимущества данного вида цемента связаны с низким расходом топлива (на 15...20%) и увеличенной скоростью набора прочности.

Недостатки -пониженная морозостойкость, коррозирование в нем арматуры.

Сульфатостойкий портландцемент. Не должен содержать ми неральных добавок, снижающих морозостойкость бетонов на его основе.

Имеет строго установленный химический состав, в процентах: трех кальциевого силиката Сз8 - не более 50, трехкальциевого алюмината СзА -не более 5, а сумма СзА и C+AF - не выше 22. Применяется в бетонах, рабо тающих в условиях сульфатной среды, требующих повышенной морозостой кости.

Пластифицированный портландцемент - продукт тонкого из мельчения портландцементного клинкера с двуводным гипсом (3... 5 %) и с добавлением при помоле около 0.25% сульфитно-дрожжевой бражки СДБ.

Эти добавки, адсорбируясь на поверхности частиц цемента, повышают сма чиваемость цемента водой, не препятствуя их взаимодействию. Добавки уменьшают трение между зернами цемента в бетонных смесях и между зер нами заполнителя, что позволяет уменьшить расход цемента на 5... 10 %.

Гидрофобный портландцемент - продукт тонкого измельчения порт ландцементного клинкера с двуводным гипсом (3... 5 %) и с добавлением при помоле 0.1... 0.2 % гидрофобизированных добавок - мылонафта, синте тических жирных кислот, асидола и др. Эти частицы, адсорбируясь на по верхности зерен цемента, образуют тончайшие водоотталкивающие пленки, уменьшающие смачиваемость цемента водой. В результате гидрофобные це менты могут длительное время пребывать на воздухе с повышенной влажно стью без потери своей активности.

При перемешивании целостность гидрофобной пленки нарушается, по сле чего цемент беспрепятственно взаимодействует с водой. Остающиеся в теле бетона добавки улучшают его качество, например повышая морозостой кость, сопротивляемость агрессивной среде. Пластифицированный и гидро фобный портландцемента применяют наравне с обычным портландцементом для наземных и подводных конструкций.

Белый и цветные портландцементы. Сырьем для производства белого портландцемента служат чистые известняки и белые глины. Сырьевую смесь обжигают на беззольном (газовом) топливе. Для повышения белизны клинкер обжигают в восстановительной среде и отбеливают путем быстрого охлаждения водой. Белый цемент должен содержать Fe2 O3 не более 0.35...0.5%.

Цветные цементы получают путем совместного помола клинкера белого портландцемента со щелочестойкими и светостойкими пигментами. По спо собу П.И.Боженова можно получать цветные клинкеры, добавляя к сырьевой смеси 0.05... 0.1 % соединений хрома, марганца, кобальта и др.

Глиноземистый цемент. Представляет собой быстротвердеющее и вы сокопрочное гидравлическое вяжущее вещество. Его получают путем тонкого помола клинкера, полученного обжигом сырьевой смеси из бокситов и известняков до плавления (при 1400 °С) или спекания (при 1300 °С).

Химический состав сырья для глиноземистого цемента, выраженный в оксидах, в процентах: А12О3 - 30...50;

СаО - 35...45;

SiO2 - 5...15;

Fe2O3 -5...

15. После обжига получается главным образом однокальциевый алюминат СаО • А12Оз или СаА12O4, небольшое количество СаО • 2А12Оз или Са2 • SiAlO3. В клинкере преобладают низкоосновные алюминаты кальция.

Такой состав обуславливает быстрое твердение, высокую прочность, эк зотермию и химическую стойкость. Температура при его твердении не должна превышать 25°С. Тепловыделение глиноземистого цемента примерно в 1,5 раза выше, чем у портландцемента, поэтому его удобно применять в зимних условиях. Начало схватывания должно наступать не ранее 45 минут, а конец схватывания - не позднее 12 часов.

Разновидностью глиноземистого цемента является высокоглиноземи стый цемент (ВГ), обжигаемый при 1500°С. Содержание в нем глинозема А12Оз до 72...75%, а СаО - всего 22...25%. Он имеет высокую огнеупорность около 1750°С и используется для изготовления футеровочных материалов.

Смешанные цементы. К смешанным цементам относятся вяжущие ве щества, которые получают путем объединения неорганических вяжущих ве ществ (как воздушных, так и гидравлических) с активными минеральными добавками в количестве 20... 40 % от массы цемента и двуводного гипса (до 3... 5%).

К кислым активным минеральным добавкам относятся: диатомит, тре пел, опока, вулканический пепел, доменные и топливные шлаки, нефелино вый шлам и др. Они содержат аморфный кремнезем SiO2 или глинозем А12Оз, которые вступают в реакцию со свободной известью, выделяющейся при твердении портландцемента, и связывают ее в низкоосновные гидроси ликаты m CaOSiO2 n H2O или гидроалюты кальция.

Учитывая особенности пуццоланового портландцемента, рекомендуется применять его для подводных и подземных частей гидротехнических соору жений, для массивных сооружений в летнее время года.

Шлакопортландцемент. Его получают путем совместного помола клинкера портландцемента, добавки гипса и доменного гранулированного шлака в количестве 21... 80 % от массы цемента. Этот цемент выпускается трех марок: 300, 400 и 500, он имеет начало схватывания не ранее 45 минут и не позднее 10 часов, т.е. он несколько медленнее схватывается и твердеет, чем обычный портландцемент. Кроме того, он менее экзотермичен, имеет меньшую осадку и набухание, большую стойкость в пресных и сульфатных водах.

Расширяющиеся цементы. Обычные цементы дают, как правило, усад ку при твердении и не могут обеспечить водонепроницаемости при заполне нии швов, гидроизоляции туннелей, стволов шахт и других работах. Для этих целей создаются безусадочные или расширяющиеся (расширение 0.2... 1 %) цементы.

ВРЦ - водонепроницаемый расширяющийся и быстротвердеющий це мент состоит из совместно измельченных 70...76% глиноземистого цемента, 20...25% полуводного гипса и 10...11% высокоосновного гидроалюмината кальция. Расширяющее воздействие оказывает образующийся при реакциях с водой минерал эттрингит ЗСаО • А12Оз • 3CaSO4 • ЗH2О. Этот цемент имеет начало схватывания не ранее 4 минут, конец схватывания - не позднее минут. Можно замедлить его схватывание добавками СДБ, уксусной кисло ты, буры и др. Он имеет прочность 50 МПа через 28 суток, хотя уже через часов твердения набирает прочность 7.5 МПа. Отличается пониженной моро зостойкостью и применяется только при положительных температурах.

ГГРЦ - гипсоглиноземистый расширяющийся цемент получают путем совместного помола высокоглиноземистого клинкера (70 %) и природного двуводного гипса (30 %), чем создаются условия для кристаллизации эттрингита.

РПЦ - расширяющийся портландцемент получают путем совместного помола портландцементного алитового клинкера (60... 65 %), глиноземисто го клинкера (5... 7 %), двуводного гипса (7... 10 %), активной минеральной добавки (20...25%).

Напрягающий цемент предназначен для изготовления специальных так называемых преднапряженных железобетонных изделий. Его получают со вместным помолом 65... 75 % портландцементного клинкера, 13... 20 % гли ноземистого цемента и 6... 10 % двуводного гипса.

Расширяющиеся цементы получают также и с другими расширяющими ся добавками. Так, например, цементы с безводным сульфоалюминатом кальция СзАзС8 изготавливают и применяют в США и Японии.

Известково-пуццолановый цемент. Его получают совместным помо лом 15...30% воздушной извести с активными минеральными добавками.

Кроме того, в этот цемент вводят до 5% двуводного гипса. При затворении такого цемента водой происходит химическое взаимодействие между актив ным кремнеземом и известью:

m СаО + SiO2 + n Н2О = m CaO • SiO2 • n Н2О (4.6) Образующийся гидросиликат кальция обеспечивает гидравлические свойства вяжущего. Марки его: М25, М50, Ml00 и Ml50.

Известково-шлаковый цемент получают совместным помолом доменных гранулированных шлаков с воздушной гашеной и негашеной известью (10...

30 %) и гипсом (до 5 %). Его марки: М50, М100, Ml50, и М200.

Известково-пуццолановый и известково-шлаковый цемент применяют в бетонах низких марок для подводных и подземных сооружений, а также в из делиях с тепловлажностной обработкой.

Гипсоцементно-пуццолановое вяжущее вещество (ГЦГ1В) получают смешением 50... 75 % полуводного гипса, 15... 20 % портландцемента и 10...

25 % активной минеральной добавки в виде диатомита, трепела, опоки и др.

Это гидравлическое вяжущее вещество было разработано и предложено А.В.Волженским.

Как правило, смешивание портландцемента с большим количеством гипса не рекомендуется, так как образующиеся высокосульфатные виды гид росульфоалюминатов кальция при кристаллизации значительно увеличива ются в объеме и могут вызвать трещины в затвердевшем конгломерате.

Но при введении активной минеральной добавки, связывающей часть свободной извести в гидросиликаты кальция, образуются низкоосновные гидросульфоалюминаты без значительного увеличения в объеме.

Кислотоупорный цемент получают смешиванием или совместным помо лом кварцевого песка и кремнефтористого натрия (катализатора и ускорителя твердения) в соотношении 10:1, затворяют их водным раствором жидкого стекла. Силикатный модуль стекла 2.6... 3.0. Вместо кварцевого песка ис пользуют порошки маршаллита, андезита, диабаза, кварцита и др. Раствор стекла является жидкой средой затворения кислотоупорного цемента. Рас твор приготовляют плотностью 1.3... 1.4 в количестве 25... 30 % от массы песка.

В водной среде и слабоконцентрированной кислой среде такие цементы неустойчивы, вымываются фторид натрия и свободный силикат натрия. Для полного выделения кремнезема в виде геля кремниевой кислоты надо обра ботать твердеющий кислотоупорный бетон минеральной кислотой.

В результате реакции 2НС1 + Na2SiO3 + Н2О = 2NaCl + Si(OH)4 (4.7) происходит обезвоживание бетона.

Шлакощелочные вяжущие вещества. М.А.Матвеев, Ю.М.Бутт устано вили благоприятное воздействие жидкого натриевого стекла на твердение доменных гранулированных шлаков. Последующие исследования В.Д. Глу ховского с сотрудниками показали, что сильное активизирующее влияние оказывают водные растворы едкой щелочи и других соединений щелочных металлов. Щелочные компоненты вводят в состав цемента в количестве 5...

15 % от массы шлака в пересчете на сухое вещество. Шлакощелочные бето ны можно использовать для изготовления сборных бетонных и железобетон ных изделий, а также в гидротехническом и дорожном строительстве.

Вяжущие, попутные продукты, прошедшие высокотемпературную обра ботку, являются силикатными материалами. Они обладают химической, в том числе гидравлической активностью, которая изменяется в значительных пределах. Для оценки химической активности силикатных материалов, предло- жено использовать различные показатели, получившие название модулей.

Все предложенные модули можно разделить на три группы.

В первой группе модулей процентное содержание суммы одних оксидов делится на процентное содержание суммы других оксидов. При этом не учи тываются соединения, в которых они находятся, и последовательность про исходящих между ними реакций. Наибольшее распространение среди моду лей этой группы получили модули основности и активности, равные соответственно (СаО + MgO) / (SiO2 + А12О3) и А12О3 / SiO2. (4.8) Несоответствие химической активности материалов, полученных на ос нове первой группы модулей отмечает П.И.Боженов. Причиной этого является отсутствие математической и химической логики в формулах этих модулей.

Вторая группа модулей рассчитывается по молекулярным соотношениям оксидов с учетом химического взаимодействия. Это модули Тетмайера, М.Херона и К.Лординаоса. Они в математическом и химическом смысле оказались далекими от совершенства. Так, например, влияние содержания А12Оз в них по отношению к модулям первой группы уменьшено, но продолжает входить в числитель со знаком плюс.

Третья группа модулей, в которую входят модуль Ле-Шателье, степени насыщения Кюля, Юнга и коэффициент насыщения Кинда, возникла в про цессе разработки метода расчета цементной шихты по химическому составу.

Однако только коэффициент насыщения Кинда учитывает последователь ность реакций, происходящих при обжиге портландцементного клинкера.

Практический опыт подтвердил корректность теоретических положений формулы Кинда, что и определило ее широкое применение в цементном про изводстве. В качестве недостатка данной зависимости можно отметить ори ентацию только на содержание СаО, исключение учета содержаний MgO, R2O и других оксидов. Кроме того, коэффициент насыщения Кинда не дает визуального представления о составе силикатов кальция.

Коэффициент основности, предложенный П.И.Боженовым, аналогичен коэффициенту Кинда, но учитывает наличие любого окисла и его место в формуле. Коэффициенты насыщения Кинда и основности П.И. Боженовым представлены соответственно ниже:

(4.9) (4.10) Исследования последних лет подтвердили полезность использования ко эффициента основности в качестве химической характеристики попутных продуктов. Известно, что вяжущие свойства иногда проявляются уже при ко эффициенте основности, равном 1, и усиливаются по мере роста. Сопостав ление коэффициентов основности традиционных строительных материалов, включая вяжущие вещества, искусственные керамические пористые заполни тели, попутные продукты промышленности, позволяет утверждать следую щее. Если коэффициент основности материалов не превышает 1, и в процессе их гидратации не ожидается образования большого количества моноалюми натов, ферритов и сульфатов кальция, то вяжущими свойствами данных ма териалов в процессе гидравлического твердения можно пренебречь. При ко эффициенте основности до 1.6 и возможности в процессе гидравлического твердения образовать достаточное количество соединений кальция, следует учитывать вяжущие свойства данных материалов. Силикатные материалы, имеющие коэффициент основности выше 1.6, обладают гидравлической ак тивностью и тем более высокой, чем выше значение этого коэффициента.

Они могут твердеть без добавления искусственных гидравлических вяжущих.

4.3. Растворы и бетоны на основе неорганических вяжущих веществ Растворы и бетоны на основе неорганических вяжущих веществ служат для изготовления несущих и ограждающих конструкций зданий и сооруже ний. В качестве теплоизоляционных и огнеупорных материалов рассматри ваются ячеистые бетоны и бетоны на пористых заполнителях. Наиболее эф фективными из которых являются перлито- и вермикулитоцементные бетоны с коэффициентом теплопроводности и температурой применения соответст венно 0.065 - 0.081, 0.08 - 0.1 Вт/(м-°С) и 600, 1100 °С.

Для растворов и бетонов применяются почти все разновидности неорга нических вяжущих, которые были описаны выше, соответственно чему они разделяются на цементные, гипсовые, силикатные, шлаковые, специальные (на фосфатные, магнезиальные и другие вяжущие). Для них применяются также все разновидности заполнителей, в соответствии с чем они разделяют ся на плотные, пористые, специальные.

Одним из показателей заданных свойств является средняя плотность ма териала. Величина средней плотности бетона зависит от разновидности за полнителя, а отчасти обусловлена пористостью цементного камня. Особо тя желые со средней плотностью свыше 2500 кг/м3 получают при заполнителях в виде железной руды, барита, чугунного скрапа, обрезков стали или чугуна и т.п. Тяжелые - средней плотностью до 2500 кг/м3 получают применением в них в качестве заполнителя щебня из плотных горных пород: гранитов, диа база, песчаника и др. В легких - средней плотностью до 1800 кг/м3 исполь- зуют природный или искусственный легкий заполнитель, в том числе пемзу, туф, керамзит, аглопорит и др. Особо легкие растворы и бетоны (теплоизоляционные) со средней плотностью менее 500 кг/м3 характеризуют ся тем, что функции своеобразного заполнителя в них переданы воздушным или газовым ячейкам.

При наибольшей крупности заполнителя до 10 мм - бетоны мелкозерни стые, более 10 мм - крупнозернистые.

В зависимости от производственного назначения растворы и бетоны раз деляют на конструкционные, предназначенные для изготовления армиро ванных и неармированных внутренних и наружных конструкций промыш ленных и гражданских зданий (колонны, балки, плиты, панели и др.);

гидро технические - для строительства плотин, шлюзов, облицовки каналов и дру гих гидротехнических сооружений;

дорожные - для строительства дорожных и аэродромных оснований и покрытий;

специальные - для использования при устройстве жароупорных покрытий, кислотоупорных изделий и т.п.

Для оценки качества растворов и бетонов в России используется ГОСТ 2801-81 «Растворы строительные. Общие технические условия», ГОСТ 25192-82 «Классификация и общие технические требования бетонов». Ос новным показателем качества бетонов является предел прочности при одно осном сжатии образца-куба с ребром 15 см с разделением их на классы В, или предел прочности при сжатии цилиндрических образцов размерами 15x30 см с разделением бетонов на классы С.

Всего предусмотрено классов по прочности на сжатие при испытании кубов 15x15x15 - 19 (от В1 до В60), при испытании цилиндров 15x30 - 19 (от С08 до С55).

Наиболее распространенными в защитных покрытиях, особенно в ограждающих стеновых, являются материалы и изделия на основе пористых заполнителей.

В производстве стеновых изделий год от года увеличивается разнообра зие применяемых пористых заполнителей. Использование новых видов сырья и попутных продуктов в промышленности значительно расширило номенкла туру заполнителей. В последние годы в связи с энергетическим кризисом ос новной уклон делается на попутные продукты промышленности, улучшение их свойств и расширение области применения. Замена части природных ма териалов на попутные продукты промышленности позволяет снижать энерге тические затраты, повышать производительность технологических линий, ка чество продукции.

Несмотря на большое разнообразие пористых заполнителей им присущи некоторые общие свойства, оказывающие наибольшее влияние на формиро вание структуры бетона и механизм его разрушения. К этим свойствам мож но отнести: высокую реакционную способность, наиболее сильно проявляю щуюся в формировании контактной зоны, внутризерновую пористость, влияющую как на реологические свойства смеси, так и на весь процесс фор мирования структуры растворной составляющей материала, наличие дефек тов не только в виде пор, но и в виде микро- и макротрещин. Общность важ нейших свойств пористых заполнителей позволила установить основные принципы управления структурообразованием материалов на их основе.

Керамзитовый гравий по характеру разрушения относится к хрупким ма териалам. Разрушения при приложении нагрузок происходит вследствие по явления и развития трещин из-за концентрации напряжений у пор и раковин или развития трещин, присутствующих в материалах до приложения нагруз ки. Наличие начальных трещин в керамзите существенно сказывается на прочности бетона, находящегося в влажном и особенно водонасыщенном состоянии. Для пористых заполнителей характерно снижение прочности во влажном состоянии.

На прочностные и теплоизоляционные свойства заполнителя оказывают влияние как микро- и макротрещины, так и характер порового строения ядра и окисленной зоны. Исследования данных факторов показали, что для гранул характерны в основном поры диаметром от 0.01 до 0.1 мм. Количество пор размером менее 0.01 мм колеблется от 3 до 20 %. Поры крупнее 0.1 мм име ют единичный характер. На ряду с указанными порами встречаются «кавернозные» (глубиной и диаметром до 1.5 мм), а также щелевидные (шириной до 1 мм), пересекающие более V4 площади всех гранул. Средняя ширина перегородок стеклофазы 5-15 мкм. Ширина окисленной зоны 0.06 - мм, для нее характерны неровные «языкообразные» очертания.

Химический состав и структуры попутных продуктов, прошедших высо котемпературную обработку - доменных и топливных шлаков, определяют составом руды, флюсов, видом применяемого топлива и выплавляемого чу гуна. Главные составляющие - CaO, SiCb, Ai2Cb, MgO, сумма которых часто достигает 95-98 %.

Шлаковая пемза, имеющая низкие прочностные показатели, характери зуется высоким (более 20 %) содержанием крупных пор(1-2 мм) и даже ка верн со средним диаметром более 3 мм. Основной же объем составляют поры размером менее 0.3 мм. Трудности совмещения требований получения шлаковой пемзы с возможно меньшей насыпной плотностью при повышенной прочности позволяют пока выпускать шлаковую пемзу в интервале марок по насыпной плотности 600-800 и прочности 75-100.

Центральной научно-исследовательской лабораторией (ЦНИЛ) Главли пецкстроя предложен расчетно-экспериментальный метод величины тепло проводности шлаковой пемзы в куске (рис.4.3). Он основан на представлении шлаковой пемзы как трехкомпонентной системы, включающий кристалличе скую фазу, стеклофазу и поры. Значения коэффициентов теплопроводности кристаллической и стеклообразной фаз шлаковой пемзы, установ ленные экспериментально, составляют соответственно 1,19 Вт/(м-К) и 0.65 Вт/(м-К).

Для ориентированной оценки теплопроводности шлаковой пемзы в кус ке ЦНИЛ Главлипецкстроя разработана номограмма (рис.4.3). Номограмма составлена с условием, что средний диаметр пор шлаковой пемзы не превы шает 2 мм. Точность определения теплопроводности с помощью данной но мограммы - 10 %. На номограмме отмечены результаты исследований С.В.Максимова по определению теплопроводности шлаковой пемзы, прове денных им в ЦНИЛ Главлипецкстроя.

Улучшение качества пористых заполнителей путем повышения степени их однородности по насыпной плотности и прочности можно достичь сепараци ей. Сепарация заполнителей по средней плотности позволяет получать более однородный по свойствам «тяжелый» обогащенный заполнитель. Сепарация рядового заполнителя с границей разделения средней плотности 0.95 г/см позволяет значительно улучшить характеристики «тяжелого» обогащенного заполнителя. Так, коэффициент вариации сред ней плотности снижается в 1.5-2 раза. При этом прочность в цилиндре возрастает в среднем в 1.5 раза, а коэффициент вариации прочности зерен уменьшается в 1.6-1.8 раза. Коэффи циент вариации водопоглощения зерен снижается в 1.2-1.3 раза. В целом оценивать однородность гранул заполнителя следует по предельному коэф фициенту вариации. Для керамзита, например, коэффициент вариации не должен превышать 20 %.

ЦНИЛ Главлипецкстроя рекомендует проводить теплотехническую классификацию материалов на основе шлака, шлаковой пемзы и золы в соот ветствии с диаграммой (рис.4.4).

Введение пористого материала повышает деформативные свойства це ментных материалов. Создание плотных упаковок пористых заполнителей в материалах увеличивает этот показатель до максимально возможных значе ний. Рост плотности и прочности контактных зон заполнителей с цементным камнем и черепком позволяет добиваться желаемых результатов. Реализация вышеизложенного связана с трудностями снижения водопоглощения порис тых заполнителей, расслоения смесей. Максимовым С.В. показано, что уменьшение водосодержания и интенсивности водомиграционных процессов между пористыми заполнителями и растворной составляющей является особо важным направлением технологических воздействий. Для получения высоко насыщенных пористыми заполнителями смесей Максимовым С.В. принята модель соотношения фракций, разработанная на основании рекомендаций П.И. Боженова для плотных заполнителей. Толщины обмазки крупных и мел ких фракций пористых заполнителей увеличиваются по сравнению с плотны ми заполнителями соответственно с 0.1-0.3 мм и 0.05-0.15 мм до 1-1.5 мм и 0.1-0.5 мм. В связи с повышением толщины обмазок пористых заполнителей ограниченностью их мелких фракций рекомендуется при подборе их плотных упаковок исключать одну последующую фракцию, а не две, как у плотных.

4.4. Керамические материалы и изделия Керамическими изделиями (по Кинду) принято называть такие изделия, которые получаются в результате обработки преимущественно глинистых и других силикатных материалов в такой последовательности: 1) измельчение и смешивание этих материалов в порошкообразные пластичные или текучие массы;

2) обжиг отформованных, отпрессованных или отлитых из этих масс изделий при температурах от 900 до 1700 °С а иногда и выше.

Эффективные керамические теплоизоляционные и огнеупорные диато митовые, алюмосиликатные, корундовые материалы имеют коэффициент те плопроводности и температуру применения соответственно 0.087 - 0.119, 0.15 - 0.52 и 0.51 - 1.3 Вт/(м-°С) и 850 - 900, 1150 - 1250 и 1400 -1600 °С.

Увеличение содержание огнеупорных оксидов (А12Оз, BeO, ZnO, MgO) в керамических материалах способствует повышению температуры примене ния до 2000 °С и выше.

На многие керамические изделия в процессе их изготовления наносится тонкий слой легкоплавкого стекла, который носит название глазури.

Минералогический состав глин весьма разнообразен. Помимо каолинита и других водных алюмосиликатов, родственных ему, важнейшими в глинах являются еще следующие минералы:

1) кварц в виде песка большей или меньшей крупности;

2) слюда;

3) полевой шпат;

4) углекислый кальций;

5) углекислый магний;

6) окислы железа и т.п.

При значительном возрастании перечисленных выше составляющих глины могут перейти в глинистые пески, мергели и т.п.

Та или иная степень пластичности глин зависит от целого ряда причин, к которым следует отнести: а) минералогический состав глины;

б) размер час тиц глинистого вещества и примесей;

в) форму и характер поверхности от дельных зерен;

г) количество воды в глиняном тесте;

д) содержание в этой воде растворенных солей и т.п.

По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: порис тые и плотные. К пористым условно относятся те изделия, которые показы вают водопоглощение свыше 5 % по массе: кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы и др. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5 % по массе, и они практически водонепроницаемы, например, плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, санитарный фаянс, дорожный кирпич.

По температуре плавления керамические изделия и исходные глины раз деляются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), туго плавкие температурой плавления 1350 - 1580 °С) и огнеупорные (свыше °С). Изделия и сырье высшей огнеупорности имеют температуру плавления в интервале 2000 - 4000 °С.

Зверевым В.Б. определены зависимости для определения температуры обжига керамических изделий. Он основывался на приближенном правиле Рихтера, гласящего, что оксиды плавня влияют на температуру плавления глины, понижая эту температуру соответственно их молярным массам. Так, действие 40 массовых частей MgO одинаково с действием 56 массовых час тей СаО и т.п.

Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности.

Хрупкость относится к отрицательным свойствам строительной керамики.

Керамические изделия обладают высокой химической стойкостью.

К изделиям и материалам строительной керамики относятся: стеновые кирпич керамический рядовой полнотелый обыкновенный, кирпич керамиче ский рядовой пустотелый, блоки пустотелые, крупноразмерные панели, пане ли из кирпича;

Pages:     | 1 || 3 | 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.