Чубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы - файл n5.doc
приобрестиЧубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы
скачать (3507.8 kb.)
Доступные файлы (6):
| n1.doc | 1064kb. | 14.03.2006 12:47 | скачать |
| n2.doc | 254kb. | 24.04.2010 14:28 | скачать |
| n3.doc | 2486kb. | 26.09.2005 02:44 | скачать |
| n4.doc | 248kb. | 20.09.2005 21:00 | скачать |
| n5.doc | 992kb. | 26.09.2005 04:39 | скачать |
| n6.doc | 1525kb. | 19.03.2010 14:26 | скачать |
n5.doc
12 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ ИЗ СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВОВ
12.1 Общие сведения
Стеклом называются все аморфные тела, получаемые при переохлаждении расплава и обладающие в результате постепенного увеличения вязкости свойствами твердых тел. Переход от жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым независимо от химического состава и температурной области затвердевания.
Стекла подразделяются на природные и искусственные. Природные образовались в результате деятельности вулканов, например, абсидиановое стекло. Искусственные созданы трудом человека.
В стеклообразном состоянии могут быть многие вещества. В строительстве применяется, в основном, силикатное стекло с преобладанием диоксида кремния (кремнезема) – SiO2 и в меньших количествах Al2O3, Na2O, CaO, MqO. Например, оконное стекло состоит из SiO2 (71–72 %), Na2O (15,2 %), CaO (7,8 %) MqO (4,0 %).
Стекло впервые получено было в Египте за 3-4 тыс. лет до н.э. Изготавливали из него украшения.
В конце VII в. стекло возникает в Венеции. Изготавливались витражи, художественные цветные изделия, зеркала.
В конце XVII в. Чехии был изобретен богемский хрусталь, из которого изготавливали прозрачные толстостенные сосуды с глубокой огранкой.
Основоположником стеклоделия в России является М.В. Ломоносов. На фабрике, построенной под Петербургом в 1752 г., он проводил исследования и выпускал цветное стекло.
12.2 Сырьевые материалы
Сырьевые материалы, применяемые для получения стекла, подразделяются на основные и вспомогательные.
К основным относятся кварцевый песок, кальцинированная сода, сульфат натрия, доломит, известняк, мел.
Кремнезем – SiO2 – вводится чаще всего в виде кварцевого песка с минимальным содержанием оксидов железа, Fe2O3 окрашивает стекло в желтый цвет, FeO – в голубой. При наличии F2O3 и FeO стекло приобретает зеленоватый оттенок.
Оксид натрия Na2O вводится в виде кальцинированной соды Na2CO3 или сульфата натрия Na2SO4. При нагревании Na2CO3 разлагается на Na2O и CO2, а Na2SO4 – на Na2O и SO3 . В стекломассе остается Na2O; а CO2 и SO3 улетучиваются. Оксид натрия ускоряет стеклообразование и понижает температуру варки стекла.
Оксид кальция CaO вводится в виде известняка или мела CaCO3. Оксид магния MgO вводится в виде магнезита MgCO3 или доломита MgCO3· СaCO3.·СaO и MgO повышают химическую стойкость стекла.
Оксид алюминия Al2O3 вводится в виде технического глинозема, полевых шпатов К2O·Al2O3 ·65iO2, Na2O·Al2O3·6SiO2, CaO·Al2O3·2SiO2 или каолина Al2O3·2SiO2·2H2O. Каолин повышает тугоплавкость и химическую стойкость стекла.
К вспомогательным материалам относят осветители, глушители, красители.
Осветители – хлорид натрия NaCl, сульфат натрия Na2SO4 – вводят, чтобы освободить стекломассу от видимых пузырей. Разлагаясь, они выделяют газообразные продукты, которые, улетучиваясь, захватывают другие газы.
Глушители – соединения фтора, фосфора – придают стеклу светорассеивающие свойства.
Красители окрашивают стекло: оксид марганца Mn2O3 – в фиолетовый цвет, оксид хрома Cr2O3 – в зеленый; соединения никеля NiO, Ni2O3, Ni (OH)2 придают красно-фиолетовую окраску, хлорное золото AuCl3 – цвета от нежно-розового до темно-красного, соединения серебра AgNO3 и AgCl – золотисто-желтый.
12.3 Производство стекла
Производство стекла состоит из подготовки сырьевых материалов, приготовления шихты, варки стекломассы, изготовления стеклянных материалов и изделий.
Подготовка сырьевых материалов включает их сушку и измельчение. Приготовление шихты заключается в дозировании и смешивании компонентов. Варка стекломассы производится в основном в стекловаренных печах непрерывного действия и включает несколько стадий: силикатообразование, стеклообразование, осветление, гомогенизацию и охлаждение.
Силикатообразование для оконного стекла протекает при температуре 800–900 єС. При этом образуются сложные силикатные соединения. Кремнезем изменяет свое кристаллическое строение. Завершается стеклообразование при температуре 1100–1200 єС. В расплаве заканчиваются все химические реакции и образуются сложные силикаты. Зерна кварца растворяются и переходят в расплав. Все превращения сопровождаются выделением большого количества газов.
Н Стекловарение завершается ох лаждением стекломассы до температуры, позволяющей формовать из нее изделия. Для оконного стекла – это 1100–1250 °С.
Формование стекла выполняется прессованием, выдуванием, прес-
совыдуванием, прокаткой, центробежным способом, на расплаве металла.
Наиболее распространенное лис- товое стекло производится путем вертикального (рисунок 12.1) или горизонтального вытягивания ленты из вязкой расплавленной стекломассы. Метод вертикального вытягивания заключается в перемещении вверх с помощью валков ленты стекла, выдавленной через щель из погруженной в стекломассу шамотной лодочки.
аиболее ответственной является стадия осветления. Она протекает при температуре 1400–1500 єС. Стекломасса освобождается от видимых газовых включений. Часть газов остается, растворяясь в стекломассе.
Рисунок 12.1 – Установка вертикального вытягивания стекла: 1 – стекломасса;
2 – лодочка; 3 – холодильники; 4 – шахта машины; 5 – валки; 6 – скаты для удаления боя; 7 – отломочная площадка
Наиболее совершенным способом получения листового стекла является флоат-способ. Процесс формования происходит на поверхности расплавленного олова. Плоскость листа, соприкасающаяся с поверхностью металла, настолько гладкая, что не требует полировки.
Верхняя поверхность получается гладкой за счет поверхностного натяжения стекломассы (огневая полировка).
Установка (рисунок 12.2) состоит из герметизированной ванны длиной 45–55 м, системы холодильников, электронагревателей для поддержания заданного температурного режима в расплаве олова и в газовом пространстве ванны и системы трубопроводов для подачи азотно-водородной смеси для защиты олова от окисления.
Рисунок 12.2 – Схема формования ленты стекла флоат-способом: 1 – канал выработки; 2 – отсечный шибер; 3 – стекломасса; 4 – сливной лоток; 5 – ванна с расплавом; 6 – олово; 7 – холодильник; 8 – бортоудерживающие ролики; 9 – графитовые ограничители; 10 – печь отжига.Перемещаясь вдоль ванны, стеклолента охлаждается и при температуре примерно 600 0С отделяется от расплава, а затем подается на отжиг. Совмещаются формование с электрохимической обработкой поверхности стеклоленты. Ионы металла можно внедрять на глубину 1–2 мкм в стекло и получить теплопоглощающие, теплоотражающие и другие стекла. Качество стекла очень высокое. Этот способ изготовления листового стекла освоен на заводе им. М.В. Ломоносова в г. Гомеле.
Отформованное охлажденное стекло имеет повышенную хрупкость. Оно может разрушиться из-за термоупругих напряжений, возникающих из-за неравномерного остывания поверхностных и внутренних слоев. Устраняют или уменьшают остаточные напряжения отжигом. Обычные стекла отжигают при температуре 530–470 °С. Нагревают до верхней температуры отжига и затем медленно охлаждают до нижней температуры отжига по определенному режиму. Остаточные термоупругие напряжения уменьшаются.
Для повышения прочности некоторых видов стекол их закаляют. Листовое стекло нагревают до 630–650 °С, при которой теряются хрупкие свойства, а затем в течение 2,5–3 мин охлаждают холодным воздухом. В стекле в наружных слоях создаются сжимающие, во внутренних – растягивающие напряжения. Тогда возникающие растягивающие напряжения в поверхностных слоях компенсируются сжимающими напряжениями. Прочность и термостойкость стекол повышается в несколько раз. Стекло бьется на мелкие куски с нережущими краями, что повышает его безопасность. Однако резать и сверлить такое стекло нельзя. Поверхностный сжатый слой нарушается и оно может разрушиться.
12.4 Свойства строительных стекол
Область применения стекол зависит от их свойств. Важнейшими свойствами являются плотность, прочность, хрупкость, теплопроводность, температура начала размягчения, светопропускание, звукоизолирующая способность.
Истинная и средняя плотности стекла составляют 2,5–2,7 г/см3.
Предел прочности при сжатии стекол составляет от 700 до 1000 MПа и более, при растяжении – 30–60 МПа. Трещины, царапины снижают прочность при растяжении в 4–5 раз. Температура влияет на прочность стекла. Она минимальная при плюс 200 °С, максимальная при минус 200 °С и плюс 500 °С.
Для увеличения прочности стекла осуществляют закалку, травление, микрокристаллизацию, армирование, триплексование, покрывают поверхность пленками и др.
Закалка отожженного стекла повышает прочность в 4–5 раза. При травлении плавиковой кислотой растворяется поверхностный слой, удаляются поверхностные дефекты и прочность повышается в 3–4 раза. Нанесение силиконовой пленки после травления повышает прочность в 5–10 раз.
Недостатком стекла является повышенная хрупкость. Оно плохо сопротивляется удару. Прочность при ударном изгибе обычного стекла составляет всего около 0,2 МПа. Хрупкость можно понизить увеличением в стекле оксидов B2O3, Al2O3, MgO, а также закалкой, травлением кислотой. Закаленное стекло имеет ударную прочность 1–1,5 МПа.
Теплопроводность в зависимости от вида стекла составляет 0,5–1 Вт/ (м·°С).
Температура начала размягчения стекла зависит от химического состава. Для строительных стекол она составляет 550–700 °С, кварцевое стекло размягчается при 1200–1500 °С.
Светопропускание (прозрачность) стекла – от 0 до 97 %, для оконного примерно 88 %. Оно измеряется коэффициентом пропускания ?с = I/Iо, т. е. равным отношению световой энергии, прошедшей через стекло, к световой энергии, вошедшей в него, (лм·с).
Силикатные стекла хорошо пропускают всю видимую часть спектра и незначительную часть ультрафиолетовых и инфракрасных лучей.
Изменяя химический состав стекол, можно получить солнце- и теплозащитные стекла.
Стекла с оксидами титана, свинца, хрома, сурьмы, трехвалентного железа и пр. поглощают ультрафиолетовые лучи. Fe2+ и Cr2+ поглощают инфракрасную область спектра.
Термическая устойчивость – способность стекла выдерживать, не разрушаясь, резкое изменение температуры. Термостойкость оконного стекла составляет 80–90 °С. Оно плохо переносит резкое охлаждение. Высокую термостойкость имеет кварцевое стекло. Оно выдерживает резкий перепад температур до 1000 °С.
Стекло имеет высокую химическую стойкость при воздействии воды, кислот, солей, щелочей. Его разрушает только плавиковая и фосфорные кислоты, а также горячие щелочи. Высокая стойкость силикатных стекол объясняется образованием защитного слоя из гелеобразной кремнекислоты разложением силикатов.
Материалы и изделия из стекла
Из стекла изготавливают следующие материалы и изделия: листовое строительное стекло, светопропускающие и облицовочные изделия, трубы и др.
12.5.1 Листовое строительное стекло
К листовым стеклам относят: оконное, цветное, витринное, армированное, узорчатое, матовое, солнцезащитное, увиолевое, безопасное.
Оконное стекло – листовое бесцветное, прозрачное с гладкими поверхностями неполированное и полированное. Его выпускают толщиной 2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Применяют для остекления окон, витражей, дверей, фонарей и других светопрозрачных конструкций зданий и сооружений.
Цветное листовое стекло получают из окрашенной стекломассы. Оно может быть однослойным – окрашенным полностью в массе или изготовленным из двух соединенных слоев, – основного, более толстого бесцветного и тонкого цветного. Выпускают его красного, синего, зеленого, лунно-белого, голубого, серого, молочного, желтого, лимонного и темно-синего цветов. Применяют для декоративного остекления световых проемов помещений, художественного оформления фасадов и интерьеров и других целей.
Витринное стекло – листовое крупногабаритное бесцветное, прозрачное с гладкими поверхностями. Оно выпускается неполированным и полированным толщиной от 6,5 до 12 мм. Применяют для остекления витрин и витражей общественных, торговых, административных, спортивных зданий.
Армированное листовое стекло – это стекло, армированное сварной сеткой из стальной проволоки. Сетка при механических повреждениях задерживает осколки. Получают его способом горизонтального проката. Стекло выпускают бесцветным толщиной 5,5 мм, или цветным толщиной 6 мм с рельефным или узорчатым рисунком. Применяют его для остекления окон, фонарей, перегородок, когда требуется обеспечить безопасность людей.
Узорчатое стекло – листовое, с четким рельефным узором на одной или обеих поверхностях, бесцветное или цветное. Получают его методом горизонтального проката. Выпускают толщиной 3,5; 5; 6 и 7 мм. Применяют для остекления окон, дверей, устройства перегородок. Оно уменьшает слепящее действие солнечного света, создает в помещении равномерную освещенность, улучшает архитектурно-художественное качество интерьеров. Не рекомендуют его применять в производственных зданиях с выделением пыли, копоти.
Матовое стекло получают из оконного стекла путем пескоструйной обработки поверхности листа. При помощи трафарета можно получить матово-узорчатый рисунок. Применяют его для остекления окон, дверей, перегородок, когда требуется получить рассеянный свет или освещение без сквозной видимости.
Солнцезащитные стекла – это листовые стекла, задерживающие инфракрасные и другие тепловые солнечные лучи. Их выпускают теплопоглощающими, окрашенными в массе оксидами металлов, и солнцезащитными с покрытиями из оксидов металлов, прозрачными для видимых лучей и поглощающими часть инфракрасного солнечного излучения.
Солнцезащитные теплопоглощающие стекла получают введением в стекломассу добавок оксида железа II, оксидов меди, кобальта, которые окрашивают ее в зеленовато-голубоватые или серые тона. Их светопропускание составляет 65–75 %, пропускание инфракрасных лучей – 30–35 %.
К особым видам теплопоглощающих солнцезащитных стекол относят фотохромные, обеспечивающие автоматическое регулирование теплопоступлений в помещение. Их получают из натриево-боро-алюмосиликатного стекла путем введения добавок серебра, церия, европия. При воздействии солнечных лучей они темнеют, при снижении радиации светопрзрачность восстанавливается. Применяют их для остекления административных и производственных зданий.
Солнцезащитные с покрытиями стекла получают нанесением на одну поверхность бесцветного стекла тонких прозрачных окиснометаллических, керамических или полимерных покрытий. Наибольшее распространение получили стекла с пленочным окисным покрытием – титановым, железистым, кобальтовым, оловянно-сурьмяным. Более высокие солнцезащитные свойства имеют стекла с оловянно-сурьмяным покрытием и коэффициентами: пропускания– 0,27, отражения – 0,16 и поглощения – 0,57.
Применяют солнцезащитные стекла для остекления административных и производственных зданий.
Увиолевое стекло получают из сырья с минимальным содержанием примесей оксидов железа, титана, хрома. Оно пропускает не менее 25 % ультрафиолетовых лучей. Применяется для остекления лечебных, детских учреждений, оранжерей и др.
Безопасное стекло выпускается следующих видов: трехслойное, трехслойное теплопоглощающее, закаленное, закаленное теплопоглощающее. Разрушается оно на мелкие, относительно безопасные, осколки. Применяется в основном для остекления наземного транспорта.
12.5.2 Светопропускающие изделия из стекла
К группе светопропускающих изделий из стекла относят: стеклопакеты, профильное стекло, пустотелые блоки, стеклянные двери, многослойные стекла.
Стеклопакеты изготавливают из герметически соединенных двух или более плоских листов стекла. Между стеклами остается воздушная прослойка. Соединения стекол могут быть клееными, паяными, сварными. По количеству замкнутых камер стеклопакеты бывают одно-, двух- и многокамерными.
Наибольшее применение получили клееные однокамерные стеклопакеты с расстоянием между стеклами от 6 до 16 мм и толщиной листов 3/3; 4/4; 5/5 и 6/6 мм и двухкамерные с расстоянием между стеклами от 6 до 12 мм и толщиной листов 3/3/3;4/4/4; 5/5/5 и 6/6/6 мм.
Светопропускание однокамерных стеклопакетов из листов толщиною 5 и 6 мм составляет 81–82 %, двухкамерных– 73–75 %.
Стеклопакеты имеют повышенные теплоизоляционные и звукоизолирующие свойства. Сопротивление теплопередаче (Rо) однокамерного стеклопакета при толщине воздушной прослойки 12 мм составляет 0,31·м2 °С /Вт, что соответствует двойному раздельному остеклению. Для двухкамерного стеклопакета при толщине воздушных прослоек 12 + 12 мм Rо = 0,48 м2·°С/Вт. Звукоизоляционная способность однокамерного стеклопакета с толщиной стекол 4--6 мм с воздушной прослойкой 12 мм составляет 21–29 дБ, двухкамерных при той же толщине стекол и воздушных прослоек 31 дБ.
Стеклопакеты применяют для остекления окон, дверей, витрин зданий.
Профильное стекло изготавливается коробчатого и швеллерного сечений. Может быть бесцветным и цветным, неармированным и армированным, с гладкой, узорчатой или рифленой поверхностью.
Коробчатое стекло выпускается шириной 244 и 294, высотой 50 и 55, толщиной 5,5 мм, швеллерное имеет ширину 244, 250 и 294, высоту 35, 40 и 50 и толщину 5,5 и 6,0 мм. Применяют профильное стекло для устройства светопрозрачных ограждающих конструкций в зданиях и сооружениях.
Стеклянные пустотелые блоки получают из двух прессованных полублоков, сваренных по периметру. Их выпускают квадратной и прямоугольной формы. Квадратные имеют размеры 194х194х98 или 244х244х98ּ(75), прямоугольные – 294х194х98 мм. Могут быть неокрашенными и цветными с гладкой наружной и торцевой рифленой поверхностями. Светопропускание блоков 50–60 %. Достоинство блоков – низкая теплопроводность, составляющая 0,46 Вт/(м ·єС). Их применяют для устройства светопрозрачных не несущих нагрузки ограждений зданий и сооружений в архитектурно-декоративных целях.
Дверные полотна изготавливают из закаленного бесцветного витринного стекла. Поверхность может быть полированная, неполированная, кованая, узорчатая, может покрываться цветными керамическими красками, оплавленными при закалке. Размеры полотен – 2600х1040 , 2400х900 и толщиной 10, 15, и 20 мм. Имеют высокую прочность. Полотна из стекла толщиной 10 мм выдерживают, не разрушаясь, удар стального шара массой 800 г, брошенного с высоты 1,5 м, а при толщине 15–20 мм – с высоты 2,5 м. Применяют для устройства дверей в торговых помещениях, павильонах и пр.
Многослойные стекла (триплекс) состоят из двух и более листов оконного или витринного стекла, склеенных по всей поверхности прозрачными органическими пленками из поливинилбутераля, пластифицированного дибутилсебацината и др. При разрушении стекла, осколки остаются на пленке, что повышает его безопасность. Многослойные стекла применяют для дверных полотен, перегородок, витрин. Изделия из трех, четырех листов упрочненных стекол, склеенных утолщенной пленкой, могут быть пуленепробиваемыми.
12.5.3 Облицовочные изделия из стекла
Облицовочные изделия изготавливают из окрашенного в массе (глушеного) или с поверхности стекла. Применяются они для отделки зданий и сооружений. Облицовочные или ограждающие конструкции имеют повышенную долговечность, красивый вид, экономичны при эксплуатации. Наиболее распространены коврово-мозаичные плитки, стемалит, плитки из глушеного стекла или эмалированные, марблит и стекломрамор, стеклокрошка, смальта и др.
Плитки коврово-мозаичные изготавливают из глушеного стекла в виде ковров, на бумажной основе. Получают их методом непрерывного проката или прессования из стеклянного порошка с последующим отжигом. Прокатные плитки выпускают в основном размером 21х21х4,5, прессованные – 22х22х5 мм. Применяют их для наружной отделки зданий, реже – для внутренней.
Стемалит представляет собой листовое стекло, окрашенное с внутренней стороны керамической эмалевой краской разных цветов. Закрепление краски на стекле и упрочнение стекла (закалка) происходит при помощи термической обработки. Применяется стемалит для облицовки фасадов, внутренних стен и перегородок зданий, для ограждений балконов, лоджий.
Плитки из глушеного стекла изготавливаются методом непрерывного проката или горячего прессования. Могут иметь различный цвет, хотя чаще всего выпускается молочно-белого цвета. Промышленность изготавливает преимущественно квадратные плитки размером 150х150 или прямоугольные размером 250х140 мм. Их применяют для внутренней облицовки поверхности стен производственных зданий, душевых, санузлов.
Эмалированные стеклянные плитки изготавливают из отходов оконного или витринного стекла размером чаще всего 150х150 мм. Лицевую поверхность плиток покрывают слоем боросиликатной титановой эмали, а затем подвергают термической обработке для ее закрепления и отжига стекла. Их применяют для облицовки стен, столовых, кухонь, санузлов.
Марблит и стекломрамор. Марблит представляет собой прямоугольные или квадратные плиты, изготовленные из глушеного стекла. Наружная поверхность листов обычно полированная, внутренняя – рифленая. Декоративный марблит изготавливается из черного глушеного стекла с кристаллическими переливающимися вкраплениями. Стекломрамор имеет мраморовидную окраску и является разновидностью марблита.
Марблит применяется для облицовки фасадов зданий, оформления интерьеров, стекломрамор – для облицовки внутри зданий и покрытий полов.
Стеклянная крошка получается дроблением отходов прокатного стекла, стекольного гранулята из глушеной белой или цветной стекломассы. Применяют ее для создания декоративного эффекта при отделке бетонных поверхностей.
Смальтой называют кусочки глушеного цветного стекла размером до 20 мм. Ее отливают в виде плит, которые затем разбивают на кусочки. Применяют для отделки фасадов, изготовления мозаичных панно.
Плиты стеклокристаллические (стеклокремнезит) изготавливают термообработкой гранул стекла в смеси с кремнеземом. Наружную поверхность плит подвергают огневой полировке, в результате чего она приобретает высокие декоративные свойства – имитирует природный камень.
Стеклокремнезит применяют для наружной и внутренней облицовки стен, настилки полов.
12.5.4 Стеклянные трубы
Стеклянные трубы изготавливают из прозрачного стекла. Выпускают диаметром от 40 до 200 и длиной 1500 – 3000 мм. Трубы обладают высокой коррозионной стойкостью, водонепроницаемостью. Их можно эксплуатировать при температуре от –50 до +120 єС и давлении от 0,2 до 0,7 МПа. К трубам изготавливают фасонные части: отводы, тройники, крестовины, переходы и др. Трубы нашли широкое применение в химической и пищевой промышленности для транспортирования жидких, газообразных и твердых веществ, кроме плавиковой кислоты.
12.6 Изделия из шлаковых расплавов
и каменное литье
Из расплавленных шлаков металлургической промышленности изготавливают плотные камни, плиты, трубы, шлаковую пемзу, шлаковую вату и шлакоситаллы.
Плотные камни, плиты, трубы получают заливкой в формы огненно-жидких шлаков, доставляемых из доменных или мартеновских печей. Камни и плиты применяют для покрытия дорог, тротуаров, полов промышленных зданий, трубы – для транспортировки агрессивных жидкостей.
Шлаковая пемза (термозит) представляет собой легкий заполнитель для бетонов со средней плотностью 300–1100 кг/м3. Один из способов ее изготовления – вспучивание в бассейне. Расплав шлака сливается в бассейн, в днище которого находятся трубы с отверстиями, через которые подается под давлением вода. Испаряясь, вода вспучивает шлак.
Каменное литье получают чаще всего из базальта или диабаза. Их плавят при температуре 1400–1500 єС и разливают в формы. После охлаждения для снижения напряжений и образования кристаллической структуры изделие отжигают при температуре 800–900 єС. Строительные изделия из каменного литья обладают высокой химической стойкостью, прочностью, твердостью. Их применяют в химической, металлургической и горнообогатительной промышленности для покрытия полов, в качестве футеровочного материала в аппаратах, где возникают большие истирающие усилия.
12.7 Стеклокристаллические материалы
(ситаллы и шлакоситаллы)
Стеклокристаллические материалы имеют кристаллическую структуру. Между мелкими кристаллами размером до 1 мкм имеется стекловидная фаза в количестве 5–10 %. Их получают введением катализаторов кристаллизации в расплавленную стекольную массу или металлургические шлаки.
Ситаллы получают из того же сырья, что и стекло, с добавками соединений титана, лития, циркония и др. Производство изделий из ситаллов включает дополнительную термообработку. Их нагревают и выдерживают при температуре, соответствующей образованию центров кристаллизации, а затем при температуре максимальной скорости роста кристаллов. Ситаллы обладают высокой прочностью при сжатии – Rсж = 500…1500 МПа, растяжении – Rр = 25…500 МПа, химической стойкостью – 99,8 %, низкой истираемостью И= 0,016…0,03 г/см2; термостойкость составляет 200–1100 єС. Их применяют для изготовления особо точных станков, труб теплообменников, в химической промышленности.
Шлакоситаллы получают введением в огненно-жидкие шлаки катализаторов кристаллизации – ТiО2, СаF2, Р2О5 и др. Они имеют предел прочности при сжатии 90–130 МПа, высокую химическую стойкость – 99,8 %, термостойкость и морозостойкость, низкую истираемость И = 0,016…0,03 г/см2. Применяют для покрытия полов, изготовления санитарных изделий, труб, для футеровки строительных конструкций и аппаратов в химической и горнодобывающей промышленности.
13 ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ)
13.1 Общие сведения
Лесные материалы получают в основном из древесины стволов деревьев, освобожденных от коры. Их применяют для изготовления шпал, устройства полов, оконных и дверных заполнений, лесов, подмостей и других целей.
Широкое применение лесных материалов в строительстве объясняется положительными свойствами древесины – высокой прочностью, небольшой средней плотностью, долговечностью при благоприятных условиях эксплуатации, малой теплопроводностью, способностью склеиваться.
Вместе с тем древесина имеет ряд недостатков, которые ограничивают ее применение: неоднородность строения, расположенность к загниванию и горению, способность изменять размеры при высыхании и увлажнении.
В настоящее время широко используется низкокачественная древесина и отходы для изготовления плит, досок с применением полимерных клеев и минеральных вяжущих веществ. Кроме того, древесина применяется для изготовления бумаги, картона, целлюлозы и других целей.
Территория Беларуси составляет 207,6 тыс. км2, из которых леса занимают 1/3 ее площади. Из них 2/3 составляют хвойные породы, в том числе сосна 56,3 % и ель 9 %. Из лиственных преобладает береза и 5 % дуб, граб, клен, ясень, липа. Спелые леса занимают 15 %.
13.2 Породы деревьев
Породы деревьев подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным породам относят сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр. Они имеют наибольшее хозяйственное значение.
Сосна является одной из распространенных хвойных пород. Продолжительность жизни составляет около 300 лет. Имеет высоту 30–40 м и диаметр 40–80 см. Заготавливается в возрасте 80–120 лет. Древесина сосны обладает высокими строительными свойствами. Применяется в виде бревен, столбов, шпал, для изготовления пиломатериалов, столярных изделий.
Ель. Продолжительность жизни ели составляет 250–300 лет, высота – 20–40 м, диаметр – до 80 см. Заготавливается в возрасте 100–150 лет. Древесина менее долговечна, чем сосны, легче подвергается загниванию. Применяется для изготовления пиломатериалов, шпал, столярных изделий.
Лиственница растет высотой 30–35 м. Заготавливается в возрасте 80–120 лет. Имеет упругую, твердую, долговечную древесину. Следует иметь в виду, что древесина лиственницы подвержена сильному растрескиванию, требуется медленное и тщательное высушивание. Применяется в подводном строительстве, для изготовления шпал, столбов.
Пихта имеет древесину, по свойствам близкую к древесине ели. Применяется как местный материал наравне с елью.
Кедр имеет мягкую, легкую древесину с механическими свойствами несколько ниже, чем древесина сосны. Применяется для изготовления шпал, столярных изделий.
Из лиственные пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, вяз, ясень, береза, ольха и осина. Однако по хозяйственному значению они уступают хвойным.
Дуб является одной из распространенных лиственных пород. Растет высотой 30 м и более. Средняя продолжительность жизни – 500–600 лет. Он имеет прочную и упругую древесину, стойкую против гниения. В воде прочность его увеличивается.
Древесина дуба подвержена сильному растрескиванию и короблению и требует тщательного и медленного высушивания. Применяется в строительстве для изготовления ответственных несущих конструкций и изделий, паркета, фанеры, в столярно-мебельном производстве.
Вяз имеет тяжелую, прочную, вязкую древесину. Применяется для изготовления фанеры и столярных изделий.
Ясень обыкновенный имеет твердую, вязкую, с красивой текстурой древесину. Применяют его для изготовления паркета, столярных изделий, мебели.
Береза является самой распространенной лиственной породой. Имеет высокую прочность, однако подвержена загниванию, растрескиванию, короблению. Применяется в основном для изготовления фанеры.
Ольха (черная) – порода, распространенная в Беларуси. Имеет белую древесину, быстро краснеющую на воздухе. Древесина мягкая, легкая, склонна к загниванию. Применяется для изготовления фанеры, мебели.
Осина имеет мягкую древесину белого цвета. При повышенной влажности быстро загнивает. Применяется для изготовления фанеры, гонта, малоответственных конструкций.
13.3 Строение дерева
Дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни служат для всасывания воды и растворенных в ней питательных веществ. Они же удерживают дерево в вертикальном положении. Ствол проводит питательные вещества от корней к листьям и от листьев к корням. Крона состоит из ветвей и листьев или хвои. В листьях образуются органические вещества.
Главное промышленное значение имеет ствол, который дает от 50 до 90 % древесины.
При изучении строения ствола и древесины рассматривают ее макроструктуру – видимое невооруженным глазом или через лупу и микроструктуру – видимое под микроскопом.
12 СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ