Сырье для производства строительных материалов беларуси - реферат. Лес - сырье для производства строительных материалов

Лес - это часть поверхности Земли, покрытая деревьями. ЛЕС ЛЕС-СРЕДСТВО ПРОИЗВОДСТВА С экономической точки зрения лес выступает как
главное средство производства, образуя особую группу
производственных фондов, в состав которых входят земли
лесного фонда и древесные запасы.
Основной задачей лесного хозяйства, составляющей самостоятельную
отрасль народного хозяйства, является выращивание, уход, охрана и
защита лесов, использование их для непрерывного удовлетворения
потребностей народного хозяйства в древесине и другой продукции леса, а также всестороннее использование социальных функций лесов в растущем состоянии - водоохранно-защитных, санитарно-гигиенических, рекреационных и др. ПОСЛОВИЦЫ О ЛЕСЕ
Рядом с лесом жить - голодному не быть.
Лес - богаче царя.
Лес не только волка, но и мужика
досыта кормит. ДЛЯ ЧЕГО ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ЛЕС
источник пищи (грибы, ягоды, звери, птицы) источник энергии (дрова), сырьё для производства бумаги материал для строительства и производства мебели и различных изделий. ЛЕС - СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА
СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Строительство - это то чем занимаются как
профессиональные строители так и
желающие построить что-то
своими руками. ВИДЫ СТРОИТЕЛЬСТВА гражданское строительство;
промышленное строительство;
транспортное строительство;
сельскохозяйственное строительство;
военное строительство СТРОЙМАТЕРИАЛЫ ИЗ ДЕРЕВА При строительстве или ремонте дома редко кто
не использует стройматериалы из дерева. Натуральное
дерево и строительные изделия из него экологичны и
практичны в использовании, имеют хорошее соотношение
в плане цена – качество.Различаются стройматериалы из
дерева в зависимости от способов изготовления. В последнее
время большой популярностью у строителей пользуются
недавно появившиеся плиты, при производстве которых
используют ориентированное направление стружки. Такие
плиты достаточно эластичны и имеют высокие механические с
войства.Стройматериалы из дерева прекрасно сочетают в себе
разнообразие, практичность и декоративные свойства, что делает
их незаменимыми при любых видах ремонтных работ. ДРЕВЕСИНА Древесина - старейший строительный
материал,сопровождающий
человека всю жизнь. ДРЕВЕСИНА РАЗНЫХ ПОРОД ДЕРЕВЬЕВ
Древесина дуба и бука Древесина ясеня и клёна Древесина лиственницы и кедра
Древесина сосны и ели ДРЕВЕСИНА ОЛЬХИ

Администрация городского округа Самара
АМОУ ВПО Самарская академия государственного и муниципального управления

Экономический факультет
Кафедра Кадастра и геоинформационных технологий

Контрольная работа
по дисциплине: «Материаловедение»
на тему: «Сырье для производства керамических строительных материалов»

Cамаpа, 2013
Cодеpжание
Введение………………………………………………..…… ……….…..…….….3
I. Общие сведения и сырье для производства керамических строительных материалов………………… ………………………………………………………..4
II. Образование глинистых материалов и их химико – минералогические составы…………………………………………………………… ………………….6
2.1 Основные минеральные составляющие глин………………………………. 7
2.2 Примеси…………………………………………………………… …………..8
2.3 Химический состав глин…………………… ………………………………...9

3.1 Гранулометрический состав глин………………………………………….12
3.2 Технологические свойства глин……………………………………………13
3.3 Классификация глинистого сырья для керамической продукции………20
Список используемой литературы………………………………………….…. 24
Приложения…………………………………………………… ………………....25

Введение
В данной, контрольной работе, на тему: «Керамические строительные материалы» рассмотрим:

общие сведения и сырье для производства керамических строительных материалов;
образование глинистых материалов и их химико – минералогические составы;
технологические свойства глинистых материалов.

Керамическое производство относится к числу наиболее древних на земле. Наличие легкодоступного материала – глины – обусловило раннее и практически повсеместное развитие ремесла.
Керамическое производство зародилось в доисторическое время после того, как человек научился получать и использовать огонь. Человек увидел, что с помощью тепла можно сохранить форму предметов, вылепленных из глины, и сделать их непроницаемыми для воды. Скоро заметили, что все глины имеют различные свойства и что для изготовления определенных продуктов следует использовать различные глины.
Керамические строительные материалы полностью отвечают требованиям долговечности и обладают высокими архитектурно – художественным качествам. Они стойки в агрессивных средах, атмосфероустойчивы и морозостойки.
Керамические изделия находят самое различное применение во многих отраслях народного хозяйства и в быту. Они используются как строительные материалы – кирпич, черепица, облицовочные плитки для стен и полов, канализационные трубы, различные санитарно – технические изделия. Посуда из фарфора и фаянса остается до настоящего времени наиболее распространенной и широко используемой.

I. Общие сведения и сырье для производства керамических строительных материалов
Керамическими называют искусственные каменные материалы, получаемые обжигом сырца, отформованного из глинистых пород. Керамические материалы, применяемые с древнейших времен, обладают многими достоинствами: сырье для них широко распространено в природе; сырцу можно придать любую форму; обожженные изделия прочны и долговечны. К недостаткам керамических материалов относятся: возможность изготовления изделий лишь относительно небольших размеров; большой расход топлива на обжиг; трудность механизации работ при возведении конструкций из керамических материалов.
В зависимости от пористости керамические материалы делят на пористые с водопоглощением более 5% и плотные с водопоглощением менее 5%. Как плотные, так и пористые материалы могут относиться к грубой керамике, характеризующейся окрашенным черепком, или к тонкой керамике, характеризующейся белым и однородным в изломе черепком. В строительстве шире применяют грубую керамику. Независимо от пористости и цвета черепка керамические материалы могут быть неглазурованными и глазурованными. Глазурь - это стекловидный слой, нанесенный на поверхность материала и закрепленный на нем при обжиге. Глазурь имеет высокую плотность и химическую стойкость.
В зависимости от области применения в строительстве керамические материалы делят на следующие группы:
стеновые - кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и пористо-пустотелый пластического формования, полнотелый и пустотелый полусухого прессования, камни пустотелые пластического формования;
камни пустотелые для часторебристых перекрытий, для армокерамических балок, камни для накатов;
для облицовки фасадов зданий - кирпич и камни лицевые, ковровая керамика, плитки фасадные малогабаритные, плиты фасадные и подоконные сливы;
для внутренней облицовки зданий - плитки для облицовки стен, встроенные детали, плитки для полов;
кровельные - глиняная черепица рядовая, коньковая, разжелобчатая концевая и специальная;
трубы керамические - канализационные и дренажные;
материалы специального назначения - кирпич лекальный камни для канализационных сооружений, санитарно-техническая и высокопористая теплоизоляционная керамика, кислотоупорные изделия (кирпичи, плитки, фасонные детали и трубы), огнеупорные изделия (кирпичи, фасонные плитки и детали).
По сложившейся традиции, пористые изделия грубозернистого строения из глинистых масс называют грубой керамикой, а изделия плотные тонкозернистого строения, СА спекшимся черепком, водонепроницаемые, типа плиток для полов называют тонкой строительной керамикой.
В производстве строительной керамики применяют, в основном, способы пластического формирования и полусухого прессования, и значительно реже литье в гипсовые формы (изделия санитарно – технического назначения).
Многие ученые считают, что основную прочность спекшимся керамическим материалам сообщает муллит. Муллит 3Al 2 O 3 ? 2SiO 2 образует игловидные, призматичексие или волокнистые кристаллы с ясно различимой совершенной спайностью.
Состав муллита долгое время является предметом дискуссий, в результате которых исследователи пришли к мнению, что состав муллита колеблется от 2Al 2 O 3 ? SiO 2 до 3Al 2 O 3 ? 2SiO 2 .
Минерал может давать сростки и скопления (прил. А). Примеси Fe 2 O 3 и TiO 2 вызывают появление плеохризма в желтоватых и голубоватых тонах. Плотность муллита 3,03 г/см 3 . Размер кристаллов муллита разнообразен: от 2 до 5?10 -6 м, в шамоте – до 10 мм по длине в муллитовых изделиях. Входит также в состав фарфора.

II. Образование глинистых материалов и их химико – минералогические составы
Глина - тонкодисперсный продукт разложения и выветривания самых различных горных пород (преобладающий размер частиц - менее 0,01 мм) - способны образовывать с водой пластичную массу, которая сохраняет придаваемую ей форму, а после сушки и обжига приобретает камнеподобные свойства.
В зависимости от геологических условий образования глины разделяются на остаточные или первичные (элювиальные), образовавшиеся непосредственно на месте залегания материнской породы, и осадочные или вторичные, образовавшиеся путем переноса и переотложения водой, ветром или ледниками в новое место. Как правило, элювиальные глины низкого качества, в них сохраняются материнские породы, часто они засорены гидроксидами железа и обычно малопластичны.
Вторичные глины разделяются на делювиальные, перенесенные дождевыми или снеговыми водами, ледниковые и лессовые, перенесенные соответственно ледниками и ветром. Делювиальные глины характеризуются слоистыми напластованиями, большой неоднородностью состава и засоренностью различными примесями. Ледниковые глины обычно залегают линзами и сильно засорены посторонними включениями (от крупных валунов до мелкой щебенки). Наиболее однородны лессовые глины. Они характеризуются высокой дисперсностью и пористым строением.
Глинистые породы (глины, суглинки, аргиллиты, алевролиты, сланцы и другие), используемые в качестве сырья для производства керамических кирпичей и камней, должны соответствовать требованиям ОСТ 21-78-88 (срок действия до 01.01.96г.), а классификация сырья приведена в ГОСТ 9169-75*.
Пригодность глины для кирпича определяют, исходя из минерально-петрографической характеристики, химического состава, показателей технологических свойств и рациональной характеристики.
2.1 Основные минеральные составляющие глин: каолинит, монтмориллонит, гидрослюды (иллит).
Каолинит (Al 2 O 3 ? 2SiO 2 ? 2Н 2 О) - имеет относительно плотное строение кристаллической решетки со сравнительно небольшим межплоскостным расстоянием 7,2 A. Поэтому каолинит не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, и при сушке глины с большим содержанием каолинита сравнительно свободно и быстро отдают присоединенную воду. Размер частиц каолинита 0,003 - 0,001 мм. Основные разновидности каолинитовой группы - каолинит, диккит, накрит. Каолинит наиболее распространен. Каолинит мало чувствителен к сушке и обжигу, слабо набухает в воде и обладает небольшой адсорбционной способностью и пластичностью.
Монтмориллонит - (Al 2 O 3 ?2SiO 2 ?2Н 2 О? nН 2 О) (прил. Б) - имеет слабую связь между пакетами, так как расстояние между ними сравнительно велико - 9,6-21,4 A, и оно может возрастать под воздействием вклинивающихся молекул воды. Иначе говоря, кристаллическая решетка монтмориллонита является подвижной (разбухающей). Поэтому монтмориллонитовые глины способны интенсивно поглощать большое количество воды, прочно ее удерживать и трудно отдавать при сушке, а также сильно набухать при увлажнении с увеличением в объеме до 16 раз. Размеры частиц монтмориллонита много меньше 1 мк (<0,001мм). Эти глины имеют наиболее высокую дисперсность среди всех глинистых минералов, наибольшую набухаемость, пластичность, связность и высокую чувствительность к сушке и обжигу.
Основными представителями монтмориллонитовой группы являются: монтмориллонит, нонтронит, бейделит.
Галлуазит - Al 2 O 3 ? 2SiO 2 ? 4Н 2 О - включает галлуазит, ферригаллуазит и метагаллуазит, является частым спутником в каолинитах и каолинитовых глинах. Галлуазит по сравнению с каолинитом обладает большей дисперсностью, пластичностью и адсорбционной способностью.
Гидрослюды - (иллит, гидромусковит, глауконит и др.) являются продуктом разной степени гидратации слюд. В значительных количествах они встречаются в легкоплавких глинах и в небольших количествах в огнеупорных и тугоплавких глинах.
Иллит (гидрослюда) - K 2 O ? MgO ? 4Al 2 O 3 ? 7SiO 2 ? 2Н 2 О - является продуктом многолетней гидратации слюд, и ее кристаллическая решетка сходна с монтмориллонитом. Гидрослюды по интенсивности связи с водой занимают среднее положение между каолинитом и монтмориллонитом. Размеры частиц гидрослюды порядка 1 мк (~0,001мм).
2.2 Примеси.
Кроме глинистых компонентов, в состав глинистых пород входят различные примеси, которые разделяются на кварцевые, карбонатные, железистые, органические и щелочные окислы.
Кварцевые примеси встречаются в глине в виде кварцевого песка и пыли. Они отощают глину и ухудшают ее пластичность и формовочные свойства, хотя крупный кварцевый песок улучшает сушильные свойства глин, а мелкий – ухудшает их. В то же время, кварцевые примеси ухудшают обжиговые свойства, понижая трещиностойкость обожженных изделий при их охлаждении, снижают прочность и морозостойкость.
Карбонатные примеси встречаются в глинах в 3-х структурных формах: в виде тонкодисперсных равномерно распределенных пылеватых частиц, рыхлых и мучнистых примазок и в виде плотных каменистых частиц.
Тонкодисперсные карбонатные примеси, разлагаясь при обжиге по реакции СаСО 3 =СаО + СО 2 , способствуют формированию пористого черепка и снижению его прочности. Эти мелкие включения не являются вредными для стеновой керамики. Рыхлые примазки и скопления при механической переработке глины легко разрушаются на более мелкие и не снижают существенно качество изделий.
Наиболее вредными и опасными являются каменистые карбонатные включения размером более 1 мм, так как после обжига керамики эти включения остаются в черепке в виде обожженной извести, которая в последующем при присоединении влаги из атмосферы или, например, при увлажнении обожженных изделий переходит в гидроокись кальция по схеме
СаО + Н 2 О = Са (ОН) 2 + Q (тепло).
Учитывая, что объем гидроокиси по сравнению с СаО увеличивается более чем в четыре раза, в черепке возникают значительные внутренние напряжения, вызывающие образование трещин. В случае, если этих включений много, возможно полное разрушение керамического изделия.
Железистые примеси окрашивают керамику в разные цвета: от светло-коричневого до темно-красного и даже черного. Органические примеси при обжиге выгорают, они существенно влияют на сушку изделия, так как вызывают большую усадку, что приводит к образованию трещин.
2.3 Химический состав глин.
Содержание основных химических составляющих в глинистой породе оценивают по количественному содержанию диоксида кремния, в том числе свободного кварца, сумме оксидов алюминия и титана, железа, кальция и магния, калия и натрия, сумме соединений серы (в пересчете на SO 3), в том числе сульфидной.
Обычно химический состав легкоплавких глин составляет, %: SiO 2 – 60…85; Al 2 O 3 вместе с TiO 2 – не менее 7; Fe 2 O 3 вместе с FeO- не более 14; CaO + MgO – не более 20; R 2 O (K 2 O + Na 2 O) – не более 7.
Сравнительная характеристика химического состава различных глин приведена в табл. 1.

Таблица 1. Химический состав глин

Кремнезем (SiO 2) находится в глинах в связанном и свободном состояниях. Первый входит в состав глинообразующих минералов, а второй представлен кремнеземистыми примесями. С увеличением содержания SiO 2 пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Предельное содержание SiO 2 – не более 85%, в том числе свободного кварца – не более 60%.
Глинозем (Al 2 O 3) находится в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей. С увеличением содержания Al 2 O 3 повышается пластичность и огнеупорность глин. Обычно по содержанию глинозема косвенно судят об относительной величине глинистой фракции в глинистой породе. Глинозема содержится от 10-15% в кирпичных и до 32-35% - в огнеупорных глинах.
Оксиды щелочноземельных металлов (СаO и MgO) в небольших количествах участвуют в составе некоторых глинистых минералов. При высоких температурах СаО вступает в реакцию с Al 2 O 3 и SiO 2 и, образуя эвтектические расплавы в виде алюмо-кальций-силикатных стекол, резко понижают температуру плавления глин.
Оксиды щелочноземельных металлов (Na 2 O и K 2 O) входят в состав некоторых глинобразующих минералов, но в большинстве случаев участвуют в примесях в виде растворимых солей и в полевошпатовых песках. Они понижают температуру плавления глины и ослабляют красящее действие Fe 2 O 3 и TiO 2 . Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности.
В качестве предельного значения соединений серы в пересчете на SO 3 принимается не более 2%, в том числе сульфидной – не более 0,8%. При наличии SO 3 более 0,5%, в том числе сульфидной не более 0,3%, в процессе испытаний глинистой породы должны определяться способы устранения высолов и выцветов на необожженных изделиях путем перевода растворимых солей в нерастворимые.

III. Технологические свойства глинистых материалов
3.1 Гранулометрический состав глин – это распределение зерен в глинистой породе по их величине. Обычно зерновой состав различных глин характеризуется данными, приведенными в таблице 2.
Таблица 2 . Зерновой состав глин

Сравнивая данные таблиц химического (табл.1) и гранулометрического (табл.2) составов можно сделать вывод о значительных их колебаниях для различных глин, что не позволяет точно установить взаимосвязь со свойствами сырья. Однако имеются определенные общие закономерности. Незначительное содержание глинозема (Al 2 O 3) при высоком содержании кремнезема (SiO 2) свидетельствует о большом содержании свободного кремнезема, который в основном находится в грубодисперсной составляющей глин и является естественной отощающей добавкой.
Для легкоплавких глин характерно наибольшее содержание SiO 2 и плавней (R 2 O, RO, Fe 2 O 3) и наименьшее содержание Al 2 O 3 . Здесь глинозем практически полностью входит в состав глинообразующих минералов, на что указывают и данные табл.2, где содержание частиц менее 0,001 мм в легкоплавких глинах наименьшее по сравнению с тугоплавкими и огнеупорными.
Повышенное содержание Al 2 O 3 в глинах свидетельствует о большом количестве глинистого вещества, большей его дисперсности, и следовательно, большей пластичности и связанности материала. Большое содержание плавней и в особенности R 2 O (Na 2 O и K 2 O) при малом содержании Al 2 O 3 свидетельствует о низкой огнеупорности глины. Чем меньше в глине содержится плавней, тем она более огнеупорна и спекается при более высоких температурах. Однако, одновременное присутствие в глине значительного количества щелочных окислов (главным образом K 2 O) при одновременном высоком содержании Al 2 O 3 и малом содержании других плавней может обусловить и высокую огнеупорность глин и способность спекаться при низких температурах, что дает возможность изготовлять широкий ассортимент пористых и спекшихся изделий. Таким образом, на основе знания химико-минералогического и зернового состава сырья можно приближенно оценить его свойства.

3.2 Технологические свойства глин характеризуют материал на разных стадиях его обработки в процессе изготовления из него изделий. Технологические свойства глинистых пород изучаются в лабораторных условиях, а результаты исследования, как правило, проверяются в полупромышленных условиях. Для бентонитовых, огнеупорных глин и керамического сырья результаты лабораторных исследований проверяются в промышленных условиях. При намечаемом использовании глинистых пород для назначений, по которым отсутствует опыт переработки в промышленных условиях, а также при изучении возможности использования сырья, не отвечающего требованиям стандартов и технических условий, технологические исследования проводятся по специальной программе, согласованной с заинтересованными организациями.
Важнейшими технологическими свойствами глинистых пород, определяющими их использование в промышленности, являются пластичность, огнеупорность, спекаемость, вспучивание, а также набухание, усушка, усадка, адсорбционная способность, связующая способность, укрывистость, окраска, способность образовывать устойчивые суспензии с избытком воды, относительная химическая инертность. Эти свойства обусловливаются процессами, происходящими в материале при затворении его водой, формовании, сушке, обжиге.
Если сухой глинистый порошок смочить водой, его температура повысится. Это объясняется тем, что молекулы воды прочно связываются с глинообразующими минералами и располагаются на них в определенном порядке.

Влагоемкость характеризует способность глины вмещать в себя определенное количество воды и удерживать ее. С увеличением дисперсности глины ее влагоемкость возрастает. Монтмориллонитовые глины обладают наибольшей влагоемкостью, каолинитовые - наименьшей.

Набуханием называют способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее непосредственном контакте с водой. Процесс набухания во времени затухает. Рыхлые породы глин набухают быстрее, чем плотные. Запесоченность глин понижает степень их набухания. Монтмориллонитовые глины набухают сильнее, чем каолинитовые.

Размокание представляет собой распад в воде крупных глинистых агрегатов на более мелкие или элементарные частицы. Первая стадия распада глинистого агрегата происходит при его набухании, когда молекулы воды, втягиваясь в промежутки между зернами глины, расклинивают их. По мере увеличения толщины водной оболочки ослабляется связь между отдельными зернами глины, и они начинают свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии,- происходит полное размокание глины. Чтобы ускорить процесс размокания, глину перемешивают, механически разрушая ее куски, или подогревают воду.
Глина в воде размокает. Плотные глины размокают очень трудно. Предварительное дробление и перемешивание во время размокания ускоряют этот процесс. При размокании вода, проникая в поры между частицами глины, расклинивает их. Агрегированные частицы распадаются на более мелкие зерна или элементарные частички глинистых минералов с образованием полидисперсной системы. Одновременно глинистые частицы начинают впитывать воду, которая поглощается между слоями групп атомов («пакета») кристаллической решетки частиц глины. При этом частицы набухают, увеличиваются в объеме.
Вода в глине всегда содержит некоторое количество растворенных солей, молекулы которых диссоциированы на ионы. Катионы этих солей, являясь носителями положительных зарядов, также окружены «собственной» водной оболочкой и вместе с ней могут находиться либо в диффузном слое, либо на поверхности зерна глинообразующего минерала, создавая так называемый сорбированный комплекс.
Процессы, происходящие с участием обменного комплекса ионов, резко влияют па стабильность (устойчивость к оседанию) глинистых суспензий шликеров, фильтрацию воды в глиносодержащих массах при процессах обезвоживания (фильтр-прессования) масс или при сушке. Влияют они на механические свойства пластичных глинистых масс и сухого полуфабриката.

Тиксотропное упрочнение - свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восста­навливать нарушенную структуру и прочность. Так, если свежеприготовленный шликер (глиняная масса жидкой консистенции) оставить на некоторое время в покое, то он загустеет и упрочнится, а после перемешивания его текучесть восстановится. Так может повторяться многократно. Самоупрочнение глины происходит вследствие процесса переориентации частиц глины и молекул воды, что увеличивает силу их сцепления. При этом часть свободной воды переходит в связанную. Тиксотропия глин имеет большое значение при приготовлении шликеров, пластичного теста и формовании изделий.

Явления тиксотропного упрочнения глиняного шликера в керамической промышленности называется загустеваемость. Величина загустезаемости зависит от характера глин, содержания электролитов и влагосодержания.

Разжижаемость - свойство глин и каолинов образовывать при добавлении воды подвижные устойчивые суспензии. Количество воды, необходимой для разжижения, определяется ми­нералогическим составом глин и регулируется добавлением электролитов. Оптимальное разжижение, т. е. сочетание достаточной текучести и наименьшего содержания поды, достигается при правильном выборе электролита и его концентрации. В качестве электролитов применяют обычно 5 % или 10 %-ные растворы соды, жидкого стекла, пирофосфата натрия и др.
Пластичность - способность глины образовывать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних механических усилий может принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действии усилий. Пластичность глин зависит от зернового и минералогического составов, а также запесоченноети глин. С повышением дисперсности глин их пластичность возрастает, наибольшей пластичностью обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей каолинитовые.

Связующая способность - свойство глин связывать частицы неэластичных материалов (песка, шамота), сохраняя при этом способность массы формоваться и давать после сушки достаточно прочное изделие. Связующая способность зависит от зернового и минералогического состава глины.
Изменения, которые происходят в глиняной массе при ее сушке, выражаются в таких свойствах, как воздушная усадка, чувствительность глин к сушке и влагопроводящая способность.

Воздушной усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Величина воздушной усадки зависит от количественного и качественного состава глинистого вещества и влагоемкости глины и колеблется от 2 до 10%. Монтмориллонитовые глины обладают наибольшей усадкой, каолинитовые - минимальной. Запесоченность глин понижает воздушную усадку.
Для одной и той же глины величина воздушной усадки зависит от начальной влажности образца. В первый период сушки величина объемной усадки равна объему испарившейся из изделия влаги. При этом в первую очередь из глины испаряется капиллярная вода, обладающая менее прочной связью с глинистыми частицами. Затем вода из гидратных оболочек начинает перемещаться в капилляры толщина оболочек уменьшается, и частицы глины начинают сближаться. Затем наступает момент, когда частицы приходят в соприкосновение, и усадка постепенно прекращается. Зерна непластичных материалов также могут сближаться за счет сближения глинистых частиц, однако другие зерна препятствуют полному сближению глиненных частиц, т. е. наличие в массе непластичных материалов уменьшает воздушную усадку.

Чувствительность глин к сушке влияет на сроки сушки- чем больше чувствительность глины к сушке, тем больше нужно затратить времени на сушку, чтобы получить изделие без трещин. С увеличением содержания глинистого вещества, особенно монтмориллонита, чувствительность глин к сушке увеличивается.

Влагопроводящая способность характеризует интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия. Процесс сушки глиняного изделия включает в себя три фазы: переме­щение влаги внутри материала, парообразование и перемещение водяных паров с поверхности изделия в окружающею среду. Количественной мерой, косвенно характеризующей интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия, является коэффициент диффузии. Он зависит от размеров капилляров, температуры, влагосодержания, вида глинистого минерала (у монтмориллонитовых глин он в 10-15 раз меньше, чем у каолинитовых), запесоченности глин.

В процессе нагревания глин проявляются их термические свойства. Важнейшие из них - огнеупорность, спекаемость и огневая усадка.

Огнеупорность - способность глин противостоят, воздействию высоких температур не расплавляясь. Огнеупорность глин зависит от их химического состава. Глинозем повышает огнеупорность глин, тонкодисперсный кремнезем понижает, а крупнозернистый повышает. Соли щелочных металлов (натрия, калия) резко понижают огнеупорность глин и служат наиболее сильными плавнями, оксиды щелочноземельных металлов также снижают огнеупорность глин, но их действие проявляется при более высоких температурах. По показателю огнеупорности (°С) глинистое сырье делят на три группы: 1я- огнеупорные (1580 и выше), 2-и - тугоплавкие (менее 1580 -до 1350), 3-я-легкоплавкие (менее 1350).
Огнеупорные разности глинистых пород имеют в основном каолинитовый, гидрослюдистый и галлуазитовый состав или состоят из смеси этих минералов с примесью кварца и карбонатов. В химическом составе огнеупорных глинистых пород преобладают SiO2 и А12О3, которые в лучших разностях огнеупорных глин находятся в количествах, близких к содержанию их в каолините (SiO2 – 46,5 %, Аl2О3 – 39,5 %). В некоторых разностях огнеупорных глин содержание А12О3 снижается до 15–20 %. Оксиды железа и сульфиды находятся в подчиненных количествах. Вредными примесями являются кальцит, гипс, сидерит, соединения Mn и Ti.
Тугоплавкие глинистые породы по минеральному составу не выдержаны: в них присутствуют каолинит, галлуазит, гидрослюды и в виде примесей – кварц, слюда, полевой шпат и другие минералы. Глинозем содержится в них в пределах 18–24 %, иногда до 30–32 %; кремнезем – 50–60 %, оксиды железа – до 4–6 %, реже 7–12 %.
Легкоплавкие глинистые породы, как правило, полиминеральны. Обычно в них присутствуют монтмориллонит, бейделлит, гидрослюды и примеси кварца, слюд, карбонатов и других минералов. Содержание глинозема в этих породах не превышает 15–18 %, кремнезема – 80 %, а содержание оксидов железа повышено до 8–12 %. Для них характерно также высокое содержание плавней – тонкодисперсных примесей железистых, кальциевых, магниевых и щелочных минералов.
Спекаемость - способность глин уплотняться при обжиге с образованием твердого камнеподобного черепка. Она характеризуется степенью и интервалом спекания.

Степень спекания контролируют величиной водопоглощения и плотности керамического черепка. В зависимости от степени спекания глинистое сырье подразделяют на сильноспекающееся (получается черепок без признаков пережога с водопоглощением менее 2%), среднеспекающейся (черепок с водопоглощением 2- 5%) и не спекающееся (черепок с водопоглощением 5% и менее без признаков пережога не получается). Признаками пережога являются деформация образца, видимое вспучивание или снижение его общей плотности более чем на 0,05* 10 г/см3. Указанные значения водопоглощения должны сохраняться не менее чем в двух температурных точках с интервалом 50"С. Например, если в процессе обжига глины при температуре 1150°С черепок имеет водопоглощение 0,5%, а при 1100 - 2%, глниа сильноспекающаяся, а если та же глина на при температуре 1100:;"С образует чере­пок с водопоглощением 4%, ее относят к среднеспекающейся.

Спекание у глин может происходить при разных температур
и т.д.................

К атегория: Выбор стройматериалов

Сырьевая база строительных материалов

Общие сведения. Потребность в строительных материалах в нашей стране велика и достигает десятков и сотен миллионов тонн. Для производства такого большого количества строительных материалов нужна широкая сырьевая база. Большую часть строительных материалов получают из минерального каменного сырья, которым являются горные породы.

Органические строительные материалы получают преработкой древесины, нефти, каменного и бурого угля и других органических природных материалов. Из древесины получают не только пиломатериалы; она служит сырьем для изготовления древесностружечных и древесноволокнистых плит. Путем химической модификации древесины получают полимерные материалы (например, нитроцеллюлозу). Нефть и уголь служат сырьем для получения битумов, дегтей и большинства синтетических полимеров.

Горные породы - крупные природные скопления минералов более или менее постоянного минералогического и химического состава, образующие самостоятельные геологические тела, слагающие земную кору. Горная порода может, быть сложена из одного минерала (мономинеральная порода) или нескольких (полиминеральная). Так, например, гранит состоит из трех минералов: полевых шпатов, кварца и слюды, а известняк - только из одного кальцита. Процентное содержание минералов в горной породе определяет ее состав. Форма, размеры и взаимное расположение минера- , лов определяют ее структуру. Минералогический состав и структура, в свою очередь, определяют свойства горной породы.

Минерал - природное тело, приблизительно однородное по химическому составу и физическим свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов в глубинах и на поверхности Земли. Минералы в основном кристаллические или аморфные тела. К ним относятся: самородные металлы; сера; графит; оксиды - кварц Si02, корунд А1203 И гидроксиды; соли различных кислот - хлориды (каменная соль), сульфаты (гипс), карбонаты (кальцит) и наиболее распространенные в природе сложные соединения - силикаты и алюмосиликаты различных металлов (полевые шпаты, слюды, асбест).

По происхождению выделяют магматические (изверженные), осадочные и метаморфические (видоизмененные) горные породы.

Изверженные горные породы образовались при охлаждении магмы. В зависимости от условий охлаждения их делят на глубинные и излившиеся.

Глубинные изверженные породы образовались в толще земли. Остывание магмы шло медленно и под большим давлением, поэтому эти породы имеют плотное крупнокристаллическое строение. Предел прочности при сжатии глубинных пород достигает 500. . .1000 МПа, плотность более 2500 кг/м8. Они хорошо поддаются шлифованию и полированию. Их применяют в виде плит и других изделий для облицовки фасадов зданий и сооружений, настилки полов в общественных зданиях, в дробленом виде - для декоративных штукатурок и мозаичных работ. Наиболее распространены в строительстве гранит, сиенит, габбро, лабрадорит.

Излившиеся изверженные породы образовались при остывании магмы у поверхности. Быстрое остывание приводит к стекловидной слабозакристаллизованной структуре камня; за счет газов, выделяющихся из магмы, возможно образование пор в породе. Плотные излившиеся породы: базальт, порфир, диабаз характеризуются сильными колебаниями в прочности и относительно плохо шлифуются. Поэтому смешивать крошку этих пород с крошкой глубинных пород для мозаичных полов не рекомендуется.

Из пористых излившихся горных пород применяют обломочные кусковые - пемзу, вулканический пепел и сцементированные - вулканический туф желтого, розового, красного, фиолетового и других цветов. Прочный и долговечный вулканический туф широко используют для изготовления облицовочных плит и в качестве декоративной крошки.

Осадочные горные породы образуются при разрушении других горных пород под действием природных сил. В зависимости от условий образования различают механические, химические и биогенные отложения.

Механические осадочные породы могут быть рыхлыми (песок, глина, гравий) и сцементированными (песчаники, природная брекчия). Для изготовления декоративной крошки и облицовочных плит используют прочную разновидность песчаника - кремнистый песчаник, прочностью более 100 МПа, в котором частицы песка сцементированы кремнеземистым вяжущим.

Осадочные породы химического происхождения образовались в результате выпадения солей из водных растворов (например, карбонатов кальция и магния, сульфата кальция). К таким породам относятся магнезит и доломит, гипс, ангидрит, известковые туфы (среди последних для отделки применяют травертин).

Биогенные осадочные породы образовались в результате жизнедеятельности и вымирания организмов, живших в морских и пресных водах. В отделочных работах из этих пород применяют известняки, ракушечники, мел, диатомиты, трепел и опоки.

Известняки - наиболее распространенная осадочная порода, состоящая главным образом из кальцита, часто с примесью доломита, глинистых и песчаных частиц; нередко содержат остатки известковых скелетов ископаемых организмов. Неуплотненные крупнопористые известняки называются известняки-ракушечники. Плотный известняк имеет плотность 2000…2500 кг/м3. Предел прочности зависит от плотности и колеблется в широких пределах- 5…100 и более МПа. Цвет известняков - белый или слегка окрашенный в желтоватый, кремовый или сероватый оттенки. Известняки применяют как щебень для бетона, как строительный камень (бутовый или тесаный камень для фундаментов и стен неотапливаемых помещений), как сырье для получения извести и цемента. Из него выпиливают облицовочные плиты и фигурные детали. Тонко измельченный известняк - известняковая мука - служит наполнителем в битумных и полимерных материалах. Благодаря невысокой твердости (около 3) известняк легко обрабатывается и механизированным и ручным инструментом.

Мел - тонкозернистая, мягкая, белая порода, состоящая из мелких обломков и целых известковых скелетов микроорганизмов. Используют как белый пигмент и напол нитель для мастик и пластмасс.

Диатомит - рыхлая или слабосцементированная кремнистая порода, состоящая преимущественно из панцирей диатомовых водорослей. Трепел - тонкопористая мягкая осадочная порода, состоящая из микроскопических зерен опалового кремнезема, аналогичная диатомиту, но почти лишенная органических остатков. Плотность трепелов зависит от степени уплотнения и находится в пределах 300. . .900 кг/м3.

Опока - легкая, твердая, тонкопористая порода, богатая (до 97%) аморфным кремнеземом с примесью песка и глинистых частиц. Благодаря большому содержанию аморфного кремнезема диатомиты, трепелы и опоки широко используют в качестве активных минеральных добавок к неорганическим вяжущим материалам.

Метаморфические горные породы образовались из осадочных или изверженных пород под воздействием высоких температур и давлений, при этом менялась структура породы без изменения ее химического состава.

Происходило это тогда, когда породы в результате горообразовательных процессов перемещались с поверхности вглубь земной коры. Из метаморфических горных пород в отделочных работах чаще всего используют мрамор и кварцит.

Мраморы образовались в результате перекристаллизации и метаморфизма известняков, реже из доломитов; их отличительная черта - кристаллическое строение. Кристаллы мрамора прочно соединены между собой без всякого цементирующего вещества. Предел прочности мрамора при сжатии в среднем около 100 МПа. Различный цвет и специфическая текстура мрамора образовались в результате фильтрации через известняк минерализованных вод и осаждения из них цветных солей. Мрамор легко пилится, хорошо шлифуется и полируется. Недостаток мрамора - слабая коррозионная стойкость: он разрушается атмосферной влагой, содержащей растворенные газы (сернистый, углекислый, сероводород); при этом его поверхность тускнеет и теряет полировку. Поэтому мрамор применяют в основном для облицовки внутренних помещений.

Кроме мраморов в природе встречаются мраморо-видные известняки, в структуре которых крупные кристаллы разделены прослойками плотной известняковой массы. По свойствам они занимают промежуточное положение между известняками и мраморами.

Кварцит - видоизмененные кремнистые песчаники с перекристаллизовавшимися зернами кварца. Очень плотная и твердая горная порода (твердость около 7). Предел прочности при сжатии более 200…400 МПа. Чистый кварцит белого цвета; примеси могут окрашивать его в красный, фиолетовый и темно-вишневый цвета.

Сырьевая база строительных материалов

PAGE 3

Лекция 2 по дисциплине «Строительные материалы» для 1 курса (бакалавриат)

Тема. Сырье для производства строительных материалов. Природные каменные материалы

1. Природная сырьевая база для производства строительных матери а лов.

Сырьем для изготовления всех неорганических строительных материалов (каменных и металлов) являются горные породы.

Строительные материалы из горных пород могут быть получены двумя путями: механической обработкой и химической переработкой (чаще всего обжигом).

Природными каменными материалами в строительстве называют камни, полученные механической обработкой горных пород – дроблением, распиливанием, раскалыванием, фактурной обработкой поверхности. Природные каменные материалы сохраняют структуру горной породы. Некоторые горные породы, разрушенные самой природой, могут представлять собой готовый строительный материал (песок, гравий и др.).

Камнелитные изделия получают плавлением камня с последующей разливкой расплава в формы. Технология каменного литья называется петрургией (слово «петр» означает камень). Петрургию применяют для получения непористых каменных изделий или изделий сложной формы.

Химической переработкой горных пород получают такие распространенные материалы (вяжущие), как известь, цемент, строительный гипс и др. Одна из наиболее доступных для добычи горных пород – глина – с древнейших времен подвергается химической переработке – обжигу. Из глины, как известно, получают кирпич и керамические, в том числе строительные, изделия.

Металлы получают также из горных пород, называемых рудами. Руда – это горная порода, содержащая значительный процент металла. При этом должно быть технологически приемлемо и экономически целесообразно извлекать металл из такой породы. Например, руды, содержащие оксиды железа в свободном состоянии, главное сырье для металлургии. А широко распространенные породы, называемые железомагнезиальные силикаты не применяются для извлечения железа или магния. Металла в них небольшой процент, и извлечь его из породы трудно и дорого.

Основное сырье для органических материалов – нефть и каменный уголь – можно также отнести к горным породам. Из нефти и каменного угля получают битумы и дегти, используемые для кровельных материалов и дорожного строительства. Продукты переработки нефти и каменного угля применяются для получения строительных пластмасс

Древнейший строительный материал органического происхождения – древесина. Механической обработкой древесины получают материалы, сохраняющие ее структуру. Это не только хорошо известные бревна и доски, но и, например, декоративно-отделочный материал – шпон из ценных пород древесины.

2.Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных матери а лов.

Наряду с природным сырьем в производстве строительных материалов применяют так называемые техногенные отходы. Промышленность выпускает готовой продукции значительно меньше, чем потребляет сырья. Например, для производства 1 т чугуна расходуется 1,5… 2 т сырья. Следовательно, 0,5… 1 т – это отходы производства.

Среди техногенных отходов могут быть газообразные, жидкие и твердые продукты. Многие из них загрязняют воздух и воду. Известно, что улавливанием и нейтрализацией вредных отходов стали заниматься только в связи с бурным развитием промышленности в конце 19 – начале 20 века. Полностью эта проблема до сих пор не решена.

Техногенные отходы, в том числе полученные при очистке промышленных стоков, газовых и пылевых выбросов, могут быть снова использованы как сырье в том же или другом производстве. Из отраслей, потребляющих промышленные отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья. Кроме того, из промышленных отходов можно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями.

Отходы удобно классифицировать по отраслям промышленности.

Шлаки черной металлургии . Среди них наибольшее значение для строительной индустрии имеют доменные шлаки – побочный продукт при выплавке чугуна в доменных печах. В домне, как известно, руда расплавляется. Расплав разделяется на два слоя – металл внизу и шлак сверху. Таким образом, шлак представляет собой плавленый камень. В металлургических районах отвалы затвердевшего шлака занимают много полезной земли (выход шлака около 0,5 тонн на тонну чугуна). Строительная индустрия потребляет как монолитный шлак после дробления в щебень, так и специально подготовленный гранулированный шлак. Простейший способ грануляции – сухой: тонкая струя расплавленного шлака льется с большой высоты, разделяясь при этом на капли, которые, застывая, и образуют гранулы шлака. Существуют также мокрый и полусухой способы грануляции. Цель грануляции – получить незакристаллизованный (аморфный, стекловидный) камень, химически более активный, чем закристаллизовавшийся в отвалах шлак. Гранулы растирают в порошок и применяют в производстве цемента. Щебень, полученный дроблением отвального шлака, применяют как заполнитель для бетона. Для легкого бетона изготовляют шлаковую пемзу – поризованный шлак. Сущность изготовления шлаковой пемзы состоит в том, что расплавленный шлак с температурой около 1300ºС обрабатывается холодной водой. Благодаря мгновенному испарению воды и связанному с этим быстрому остыванию шлака вязкость последнего возрастает. Пузырьки пара не могут преодолеть пластически вязкое состояние расплава, застревают в нем и вспучивают его. В результате образуется легкий пористый материал, напоминающий природную пемзу.

Шламы – общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах при жидкостной обработке различных материалов. Например, из нефелина при получении из него глинозема ( Al 2 O 3 ) получается шлам, содержащий – белит Ca 2 SiO 4 . Белит входит в состав портландцемента, поэтому белитовый шлам используют в производстве вяжущих. при вымывании из глины алюминия с помощью кислотной обработки получается шлам, богатый SiO 2 (сиштоф), который также используют как добавку к цементам.

Приведенные примеры шламов – это отходы цветной гидрометаллургии. Шламы образуются и во многих других производствах. Например, в целлюлозно-бумажной промышленности при механической очистке сточных вод образуются шламы, содержащие волокна целлюлозы и частицы каолина, которые также могут быть использованы в производстве строительных материалов. При обогащении руд методом флотации также образуются шламы (флотационные хвосты), которые содержат так называемую «пустую» породу (название в отличие от концентрата, который после обогащения содержит много металла). Для строителей «пустая» порода» – это измельченный камень, который может быть использован в производстве безобжиговых материалов.

Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) – минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности выбрасывает в отвалы около 1 млн тонн зол и шлаков в год. Топливные золы и шлаки содержат все связанные или свободные оксиды, которые присутствуют в строительных каменных материалах. Поэтому они могут использоваться при производстве практически всех строительных материалов и изделий.

Вскрышные породы – отходы добычи различных полезных ископаемых открытым способом (в карьерах). Это, как считают до 3 млрд тонн в год (на всю страну) все тех же камней, т.е. по существу неисчерпаемый источник для промышленности строительных материалов.

Отходы древесины , образующиеся на лесосеках, на лесопилках, при производстве мебели, т.е. при механической обработке древесины, составляют в год около 500 млн м 3 . Из этого огромного количества отходов используется в промышленности строительных материалов (а также в целюлозно-бумажной промышленности) всего 1/6 часть. Для производства строительных материалов используют щепу, стружку, опилки. Крупные отходы лесопиления (горбыль, например) и дровяное долготьё с лесосек измельчают и применяют как наполнитель в ДСП, ДВП, ЦСП, арболите и других материалах на вяжущих.

Здесь перечислены лишь некоторые виды отходов, применяемые в производстве СМ. Использование техногенных отходов – неотъемлемая черта всех ресурсосберегающих технологий. При использовании отходов, как правило, улучшается экология за счет уменьшения отвалов, свалок, вредных выбросов сточных вод и газов.

Все последующие лекции, кроме металлов, адаптировались к первому курсу только в процессе чтения. Материалы из первой главы нашего учебника (Андреев и др. Материаловедение) здесь не повторяются.

Расходы на строительные материалы, изделия и конструкции составляют 50-70% от стоимости строительства. Поэтому так важно знать, как минимизировать расходы на них. Это можно сделать за счет применения современных ресурсо- и энергосберегающих технологий, местного сырья, отходов промышленности. При этом от материалов, изделий и конструкций требуется обеспечение требуемого качества.

Строительные материалы - природные и искусственные материалы и изделия, используемые при строительстве и ремонте зданий и сооружений. Различают строительные материалы общего и специального назначений.

В качестве классификационных признаков выбирают: производственное назначение строительных материалов, вид исходного сырья, основной показатель качества, например их масса, прочность, и другие. В настоящее время в классификации учитывают также и функциональное назначение, например теплоизоляционные материалы, акустические материалы и другие в дополнение к делению на группы по признаку сырья - керамические, полимерные, металлические и т. п. Одна часть материалов, объединенных в группы, относится к природным, а другая их часть - к искусственным.

Каждой группе материалов или отдельным их представителям в промышленности соответствуют определенные отрасли, например цементной промышленности, стекольной промышленности и т. п., а планомерное развитие этих отраслей обеспечивает выполнение планов строительства объектов.

Природные , или естественные, строительные материалы и изделия получают непосредственно из недр земли или путем переработки лесных массивов в «деловой лес». Этим материалам придают определенную форму и рациональные размеры, но не изменяют их внутреннего строения, состава, например химического. Чаще других из природных используются лесные (древесные) и каменные материалы и изделия. Кроме них в готовом виде или при простой обработке можно получить битум и асфальт, озокерит, казеин, кир, некоторые продукты растительного происхождения, например солому, камыш, костру, торф, лузгу и др., или животного мира, например шерсть, коллаген, боннскую кровь и др. Все эти природные продукты в сравнительно небольших количествах тоже используют в строительстве, хотя главными остаются лесные и природные каменные материалы и изделия.

Искусственные строительные материалы и изделия производят в основном из природных сырьевых материалов, реже - из побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства или сырья, получаемого искусственным путем. Вырабатываемые строительные материалы отличаются от исходного природного сырья как по строению, так и по химическому составу, что связано с коренной переработкой сырья в заводских условиях с привлечением для этой цели специального оборудования и энергетических затрат. В заводской переработке участвует органическое (дерево, нефть, газ и др.) и неорганическое (минералы, камень, руды, шлаки и др.) сырье, что позволяет получать многообразный ассортимент материалов, употребляемых в строительстве. Между отдельными видами материалов имеются большие различия в составах, внутреннем строении и качестве, но они и взаимосвязаны как элементы единой материальной системы.