Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы рубрики ‘СТРОИТЕЛЬНЫЕ. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ’

Углеродистые стали в зависимости от содержания вредных при­месей (серы и фосфора) подразделяются на следующие группы.

1. Сталь углеродистая обыкновенного качества (ГОСТ 380 — 94) предназначена для изготовления проката, труб, ленты, проволо­ки и других изделий. Она содержит углерода от 0,06 до 0,49 %. Эту сталь получают в мартеновских печах и кислородных конверторах. В зависимости от содержания углерода, марганца и кремния сталь подразделяется на следующие марки: СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. В конце обозначения указывают способ раскисления: «кп» — кипящая, «пс» — полуспокойная, «сп» — спокойная (на­пример: СтЗкп). Чем выше марка стали, тем больше в ней содер­жится углерода. Содержание вредных примесей не должно превы­шать: серы — 0,05%; фосфора — 0,04% (кроме марки СтО, для которой допускается серы до 0,06 % и фосфора до 0,07 %).

2. Углеродистые стали повышенного качества (ГОСТ 1050 — 88) выплавляются в электропечах, конвертерах, мартеновских печах. К ним предъявляются более жесткие требования по содержанию вредных примесей (S < 0,04 %, Р < 0,035 %). Эти стали маркируют двузначными цифрами 05, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, указывающими среднее содержание углерода (в сотых долях процента).

3. Высококачественные углеродистые и легированные стали (S < 0,025 %, Р < 0,025 %) в конце марки обозначаются буквой А (например: У10А). Буква У означает углеродистую сталь, а цифра — содержание углерода (в сотых долях процента). Легированные ста­ли получают добавлением специальных присадок (легирующих элементов) с целью улучшения механических и физико-хими­ческих (электропроводности, жаростойкости, коррозионной стой­кости и др.) свойств. По содержанию легирующих элементов раз­личают стали низколегированные (до 2,5%), среднелегированные (2,5… 10,0%) и высоколегированные (более 10%).

В качестве главных легирующих элементов применяют хром (до 2%), никель (1…4%), марганец (до 2%), кремний (0,6… 1,2%). Часто сталь легируют не одним, а несколькими элементами. На­пример: Сг и Ni (хромоникелевая сталь), Сг и Мп (хромомарган­цевая сталь), Сг, Ni, Mo, V (хромоникельмолибденованадиевая сталь). Такие легирующие элементы, как Mo, W, V, Ті, обычно вводят в сталь в сочетании с Сг, Ni.

В обозначении марок конструкционных сталей первые две цифры означают содержание углерода (в сотых долях процента). Затем следуют буквы, обозначающие легирующие элементы (X — хром, Н — никель, В — вольфрам, М — молибден, Ф — ванадий, Т — титан, Ю — алюминий, Д — медь, Г — марганец, С — кремний, К — кобальт, Ц — цирконий, Р — бор, А — азот, Б — ниобий). Цифра после буквы означает среднее содержание данного эле­мента (в целых процентах). Отсутствие цифры означает, что со­держание данного элемента — около 1 % или меньше. Например, сталь 18ХГТ содержит около 0,18 % С и не более, чем по 1 % Сг, Мп и Ті; сталь 38ХНЗМФА содержит в среднем 0,38…0,40% С, около 3 % Ni и не более, чем по 1 % Сг, Mo, V. Буква А в конце марки означает, что сталь высококачественная.

Получение чугуна. Получение чугуна в доменной печи заключа­ется в восстановлении железа из оксидов железной руды, в каче­стве которой используют магнитный железняк (минерал магне­тит — Fe304); красный железняк (гематит — Fe203); бурый желез­няк (минералы лимонит — 2Fe203- ЗН20 и гетит — Fe203- Н20) и др.

Чтобы отделить примеси, содержащиеся в руде и коксе (про­дукте переработки каменного угля), их нужно расплавить, однако температура плавления у них намного выше, чем у чугуна. Ее по­нижают, вводя флюсы (плавни), чаще всего — известняк.

Загружаемая сверху в доменную печь шихта, содержащая же­лезную руду, кокс и флюсы, постепенно перемещается вниз и попадает в зоны все более высокого нагрева. В нижней части дом­ны (горне) температура возрастает до 1 600 °С. Сюда стекают жид­кие чугун и шлак. Более легкий шлак скапливается над чугуном. Периодически шлак и чугун выпускают и направляют для даль­нейшей переработки.

Вдуваемый в доменную печь воздух, нагретый до 700…800°С, обеспечивает горение кокса с образованием окиси углерода (СО), которая отнимает кислород у оксидов железа:

3Fe203 + СО = С02 + 2Fe304 -> Fe304 + СО = С02 + 3FeO -»

-> FeO + СО = С02 + Fe

При температуре около 1 000 °С имеет место науглероживание восстановленного железа и превращение его в чугун:

2СО + 3Fe = С02 + Fe3C

Пустая порода и флюсы также претерпевают определенные превращения и переходят в шлак. Азот воздуха, СО и С02 образу­ют доменный газ, удаляемый из домны через колошник по газо­проводам.

В материалах шихты имеются вещества, дающие чугуну полез­ные (марганец, кремний) и вредные (сера, фосфор) примеси. Сера может быть удалена из чугуна при сильнооснбвном шлаке и высокой температуре процесса. Фосфор же удалить из чугуна нельзя. Чтобы чугун не содержал фосфора, шихта должна быть свободна от Р205.

Получение стали. Получение стали заключается в удалении из чугуна углерода путем его окисления (выгорания). Попутно выго­рают и примеси: кремний, марганец, фосфор. Сера удаляется с трудом, поэтому для получения стали используется бессернистый чугун. В отличие от доменного процесса переработка чугуна в сталь происходит при более высокой температуре, так как сталь более тугоплавка, чем чугун. Повышение температуры достигается за счет теплоты, выделяющейся в основном при выгорании примесей. Горение углерода дает слишком мало теплоты и не может обеспе­чить повышение температуры. Теплота может дополнительно под­водиться извне.

Сталь получают в конверторах, мартеновских печах и электро­печах, агрегатах непрерывного действия. Вдуваемый в расплавлен­ный чугун кислород окисляет углерод и примеси, но в конце про­цесса, когда содержание углерода и примесей понижается, может начаться окисление железа. Оксиды железа переходят в шлак и частично растворяются в стали, делая ее хрупкой.

Для разрушения растворимой закиси железа FeO в расплав вво­дят раскислители — специальные сплавы марганца, кремния и алюминия с железом (ферросплавы). Входящие в раскислитель Мп, Si и А1 отнимают кислород от оксидов железа, образуя нелетучие продукты, переходящие в шлак. В конце плавки сталь кипит — из нее выделяются растворенные кислород, азот и водород. Введен­ные раскислители связывают кислород в оксиды, переходящие в шлак, и кипение уменьшается. Раскисление кремнием переводит кипящую сталь в полуспокойную, а совместно с кремнием и алю­минием — в спокойную. Кипящая сталь является наиболее хруп­кой, пористой и химически неоднородной. Азот и водород удаля­ют дегазацией (вакуумированием) ванны.

6.1. Общие сведения

Из 106 известных элементов Периодической системы хими­ческих элементов Д. И. Менделеева 76 являются металлами. Все ме­таллы и их сплавы — тела кристаллические. Кристаллы в них име­ют размеры 10"1… 10 5 см. Внешние электроны в атомах металлов слабо связаны с ядром и поэтому находятся в относительно сво­бодном состоянии. Достаточно создать ничтожную разность по­тенциалов, чтобы началось движение электронов к положитель­ному полюсу. Поэтому металлы — хорошие проводники электри­ческого тока. Неметаллы, у которых связь между внешними элек­тронами и ядром достаточно сильная, не проводят электрический ток. Теория металлического состояния рассматривает металл как вещество, состоящее из положительно заряженных ионов, окру­женных отрицательно заряженными электронами, которые сво­бодно перемещаются внутри металла и принадлежат сразу всем атомам в совокупности. Такие электроны называются обобществ­ленными, или электронами проводимости.

Благодаря электронам проводимости — их способности пере­носить не только электрический заряд, но и теплоту — теплопро­водность металлов на два порядка выше теплопроводности неме­таллов. Высокая пластичность металлов также обусловлена элект­ронами проводимости, связь которых с ионами кристаллической решетки не нарушается при деформации (в отличие от ионной и ковалентной связей).

Чистые металлы обладают низкой прочностью и твердостью и не обеспечивают во многих случаях требуемых свойств, поэтому они при­меняются редко. Наиболее широко используются сплавы, получае­мые в результате кристаллизации расплава, представляющего собой раствор нескольких металлов или металлов и неметаллов. Как чистые металлы, так и их сплавы подразделяются на черные и цветные.

Из применяемых в строительстве металлов к черным металлам относятся железо и его сплавы (сталь и чугун); к цветным метал­лам относятся медь, алюминий, магний, титан, цинк и сплавы на их основе (бронза, латунь, авиаль, дюралюмин и др.).

Сталь и чугун — сплавы железа и углерода — различаются со­держанием углерода: сталь содержит до 2,14% углерода, чугун — более 2,14%, но не более 6,67 %.

Из-за высокого содержания углерода чугуны обладают низкой способностью к пластической деформации. Их высокие литейные свойства обусловлены наличием в структуре эвтектики.

Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельны­ми, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для получения стали и литейно­го чугуна.

В зависимости от формы углерода чугун подразделяется на бе­лый и серый.

Белый чугун содержит углерод в составе химического соедине­ния Fe3C (цементита) и имеет в изломе белый цвет. Из-за очень высокой твердости цементита он практически не поддается меха­нической обработке и используется в основном для получения стали.

Серый чугун, содержащий углерод в свободном состоянии (в виде графита), употребляется для получения изделий путем ли­тья.

Сталь, содержащая углерода значительно меньше, чем чугун, является более пластичной и вязкой и поддается ковке и штам­повке. Прочность стали превышает прочность бетона на сжатие более чем в 10 раз; на изгиб и растяжение — в 100 — 200 раз. В то же время плотность стали (7 850 кг/м3) только в 3 раза выше плотно­сти бетона (2 500 кг/м3), поэтому металлические конструкции при той же несущей способности значительно легче железобетонных. Металлические элементы в конструкциях соединяются на болтах, заклепках и сваркой.

Высокая теплопроводность металлов требует принятия мер по предотвращению перетоков теплоты по металлическим элемен­там.

Металлические конструкции неогнестойки, что связано с лег­кой деформируемостью горячего металла. Для его защиты приме­няются окраски и обмазки, вспенивающиеся при возникновении пожара. Это обеспечивает задержку времени достижения крити­ческой температуры.

Металлические конструкции требуют также защиты от корро­зии.

Кирпич и камни керамические применяются главным образом в качестве стенового материала. Полусухим прессованием получают кирпич (камни) более высокого качества, чем на ленточных прес­сах. Кирпич полусухого прессования имеет правильную форму и ровные, не искривленные грани, в то время как поверхности кир­пича пластического формования обычно искривлены и испещре­ны мелкими бороздками, образующимися при разрезании ленты натянутой проволокой.

Одинарный сплошной кирпич имеет размеры 250х 120×65 мм. Керамические камни отличаются от кирпича боль­шими размерами. Выпускаются также модульные кирпич и кам­ни, размеры которых кратны определенному модулю. Грани кир­пича в порядке уменьшения площади называются: «постель», «ло­жок» и «тычок».

Важнейшими свойствами кирпича и камней являются правиль­ность формы и размеров, механическая прочность, морозостой­кость и теплопроводность. Все эти свойства нормируются стан­дартом, кроме теплопроводности, вместо которой стандарт огра­ничивает нижний предел водопоглощения, связанного с порис­тостью и, следовательно, с теплопроводностью кирпича.

Теплозащитные свойства кирпича недостаточно высоки, вслед­ствие чего толщина кирпичной стены, рассчитанная по условию теплозащиты, в ряде случаев оказывается совершенно излишней с точки зрения механической прочности. Это позволяет умень­шить массу кирпича созданием в его теле пустот правильной гео­метрической формы.

Пустотелый кирпич или камни имеют внутри себя каналы, расположенные в горизонтальном (параллельно постели кирпича) или вертикальном (перпендикулярно постели кирпи­ча) направлении.

При пластическом формовании пустоты всегда получаются сквозными, так как образуются с помощью кернов (металличе­ских формозадающих деталей), укрепленных в отверстии мундш­тука. При полусухом формовании пустоты имеют коническую форму и чаще всего являются несквозными. Кирпич с несквозны­ми пустотами (пятистенка) лишен недостатка, присущего кир­пичу со сквозными пустотами, — потери кладочного раствора, который проваливается в пустоты при кладке.

Преимуществами пустотелого кирпича перед сплошным явля­ются: увеличенная по сравнению со сплошным кирпичом той же массы толщина, что ведет к ускорению процесса кладки и умень­шению расхода кладочного раствора; повышенная теплоизоляци­онная способность кладки, что позволяет уменьшить толщину сте­ны и сократить число кирпичей.

Лицевой кирпич имеет декоративную отделку на двух (ло­жок, тычок) или трех (тычок, ложок, тычок) гранях. Этим гра­ням либо придают декоративную фактуру, либо наносят на их поверхность декоративный слой (глазурь, ангоб и т. д.).

Оценка качества кирпича и камней керамических производит­ся по результатам внешнего осмотра, обмера и лабораторных ис­пытаний на прочность, водопоглощение и морозостойкость.

Согласно ГОСТ 530 — 95 керамический кирпич и камни полно­телые и пустотелые с вертикальными пустотами по прочности подразделяются на марки, требования к которым приведены в табл. 5.1.

Водопоглощение полнотелого кирпича не должно превышать 8 %, а пустотелого и лицевого — 6 %.

Морозостойкость керамического кирпича и камней должна удовлетворять маркам F15; F25; F35 и F50, а лицевого кирпича — маркам F25; F35 и F50.

Для кирпича пластического формования, имеющего, как пра­вило, искривленные неровные грани, предел прочности при сжа­тии определяют на образцах, склеенных цементным тестом из двух целых кирпичей или двух половинок (рис. 5.4). При этом цемент­ным тестом также выравнивают верхнюю и нижнюю грани образ­ца, которые контактируют с платформами пресса при испытании. Кирпичи полусухого прессования или их половинки при испыта­нии можно просто накладывать друг на друга.

Предел прочности при сжатии равен отношению максималь­ной нагрузки к площади перекрытия постелей:

*сж — Дпах/^^-

Испытание кирпича на изгиб проводят по схеме, приведенной на рис. 5.5. Участки граней кирпича пластического формования, контактирующие с опорами, выравнивают полосками из гипсо­вого теста шириной 2…3 см.

Предел прочности при изгибе вычисляют по формуле

Rmr = lPl/2bh2.

Плиты закладные применяют для придания архитектурной вы­разительности фасадам кирпичных зданий. Они имеют Г-образ — ную форму и крепятся на фасаде путем защемления в кладке пол­ки плиты.

Профильные детали и подоконные сливы — это гладкие, тянутые на прессах изделия, устанавливаемые в процессе кладки стен.

Стеновые облицовочные плитки употребляются для облицовки стен в помещениях. Такую плитку часто называют кафельной (от нем. Kachel — глиняная плошка). С наружной стороны плитки по­крывают белой или окрашенной глухой глазурью. С тыльной сто­роны наносят бороздки глубиной 1,5…2,0 мм для лучшего сцеп­ления их с раствором. Выпускают также разнообразные элементы: уголки, фризы и т. д.

Изделия получают в основном однократным обжигом из спе­циальной смеси, рассчитанной на предупреждение усадки, что

Рис. 5.4. Образец для испытания кирпи-
ча на сжатие:

I — половинки кирпича; 2 — цементное
тесто

Рис. 5.5. Схема испытания кирпича
на изгиб

сводит к минимуму отклонения от номинальных размеров и по­зволяет укладывать плитку с уз­ким швом. Черепок этой плитки имеет повышенную пористость и водопоглощение и низкую механическую прочность.

Плитка двухкратного обжига (обжиг — глазурование — обжиг для закрепления глазури) имеет лучший внешний вид — не со­держит мелких следов проникновения в глазурь газов от разложе­ния смеси при первом обжиге, напоминающих булавочные уколы или трещины. Однако она более дорогостоящая.

Облицовочные стеновые плитки по характеру поверхности клас­сифицируются на гладкие, рельефно-орнаментируемые, фактур­ные; по виду глазури — на прозрачные и глухие, блестящие и матовые, одноцветные и с цветным узором; по форме — на квад­ратные, прямоугольные и фасонные; по характеру кромок — с прямыми кромками и с завалом кромок (с одной или нескольких сторон). Минимальный размер стороны плиток — 100 мм, макси­мальный — 410 мм.

Плитки для полов характеризуются высокой износостойкостью и малым водопоглощением. Минимальный размер стороны пли­ток — 150 мм, максимальный — 1 200 мм.

Метлахские половые п л и т к и изготавливаются из ке­рамических масс обжигом при температуре 1 260… 1 300 °С в щеле­вых печах до полного спекания. Свое название эти плитки полу­чили от названия немецкого городка Метлах, где они впервые стали изготавливаться. Эти изделия называются также клинкер­ной плиткой. Их выпускают глазурованными или неглазурован — ными. Глазурованные изделия получают в результате однократно­го обжига (реже — двухкратного).

Введением пигментов плитки окрашивают в массе или только в лицевом слое. Твердость метлахских плиток высокая — не ниже 7 по шкале Мооса, благодаря чему они характеризуются значи­тельным сопротивлением истиранию. Имея очень плотный спек­шийся черепок, плитки практически не поглощают воду.

Лицевая сторона плиток делается одноцветной или узорчатой, гладкой, шагреневой или с вдавленными рисунками.

Плитка, глазурованная под да в л е н и е м, получает­ся в результате совместного прессования керамической массы и нанесенного глазурного слоя и последующего обжига. Готовое из­
делие имеет высокую износостойкость благодаря большой толщи­не глазурного слоя.

Плитка КОТТО изготавливается из неоднородной кера­мической массы, получаемой соединением без смешивания раз­личных видов глины, и не подвергается глазурованию. Использу­ется такая плитка для устройства рустованных полов.

Плитка «керамический гранит» получается прессова­нием смеси из специальных тяжелых глин с добавками различных минералов и обжигом до полного спекания. По внешнему виду материал похож на гранит. Плитка характеризуется высокой проч­ностью, износостойкостью, химической и морозной стойкостью, низким водопоглогцением.

Фасадная керамика представлена фасадными малогабаритны­ми плитками и фасадными крупноразмерными плитами.

Фасадные малогабаритные плитки — тонкостен­ные плитки размерами от 120×65 мм («кабанчик») до 300×200 мм, имеющие гладкую или фактурную наружную поверхность и риф­леную тыльную сторону для лучшего сцепления с раствором.

Фасадные крупноразмерные плиты выпускают с плотным черепком размерами от 600×600 мм до 1 200×1 200 мм. Крупноразмерные плиты (чаще всего керамический гранит) ши­роко используются для навесных вентилируемых фасадов. Их кре­пят с помощью металлических профилей и кронштейнов, приме­няя системы видимой или невидимой подвески.

Терракота (от лат. terra cotta — жженая земля) — неглазурован — ные глиняные изделия (облицовочные плиты, элементы колонн и пилястр, наличники и др.), имеющие после обжига желтую, красную или иную окраску. Если этим изделиям придают вид ор­наментов, барельефов или плафонов, то терракота называется архитектурной. Изделия из архитектурной терракоты применяют­ся вместо аналогичных гипсовых изделий, в отличие от которых терракота не боится увлажнения и может устанавливаться снару­жи здания. Терракота возникла в Древней Греции как замена об­лицовки из натурального камня.

Майолика — керамические изделия с грубым черепком нату­рального цвета, покрытые сверху цветной непрозрачной глазу­рью; примером могут служить ранее широко известные печные изразцы (кафель).

Черепица изготавливается из гончарных глин, отличающихся значительной пластичностью и умеренной усадкой. Для формова­ния черепицы употребляют ленточный или револьверный пресс.

Плоская (бесфальцевая) черепица (рис. 5.6, а) из­готавливается ленточным способом. Она имеет форму пластинки с прямой верхней кромкой. Нижняя кромка может быть закруг­ленной (черепица «бобровый хвост»), прямой, многоугольной или ступенчатой. С тыльной стороны делается шип с отверстием, слу-

Рис. 5.6. Виды черепицы: а — плоская «бобровый хвост»; 6 — ленточная фальцевал; в — марсельская; г — голландская; д — татарская; е — коньковая

жащий для зацепления за обрешетину кровли и крепления к ней с помощью проволоки.

Ленточная фальцевая черепица (рис. 5.6, 6) имеет боковые закрои (паз и гребень но продольным сторонам), кото­рыми она перекрывается с соседними черепицами. Поперечные стороны фальцев не имеют, поэтому каждый горизонтальный ряд черепицы перекрывается напуском верхнего ряда.

Марсельская (фальцевая) черепица (рис. 5.6, в) из­готавливается штамповкой. В отличие от ленточной фальцевой она имеет как боковые, так и головные (на поперечных сторонах) закрои. Благодаря этому черепицы незначительно перекрывают друг друга, вследствие чего их расход на 1 м2 крыши при одинаковом размере с другими видами черепиц получается наименьшим.

Голландская черепица (рис. 5.6, г) имеет S-образную форму; с тыльной стороны она также снабжается шипом.

Татарская черепица (рис. 5.6, д), иначе называемая же­лобчатой, имеет форму продольной половины усеченного конуса. Она не имеет шипа, поэтому употребляется для пологих кровель.

Коньковая черепица (рис. 5.6, е) применяется для конь­ков и ребер крыши. Обычно она входит в комплект с рядовой черепицей.

Черепица может иметь натуральный цвет — от кирпично-крас­ного до желто-серого — или быть глазурованной. Преимуществом черепицы перед другими кровельными материалами является ее высокая долговечность (более 100 лет), а недостатком — большая масса.

Канализационные трубы формуют при помощи специальных механических трубовыжимных прессов. Раструбы должны быть выдавлены одновременно с «телом» трубы. Обжиг труб произво­дится в стоячем положении в туннельных печах при температуре 1 250… 1 280 °С. Керамические трубы подвергаются обязательному глазурованию. Помимо прямых труб выпускаются еще фасонные части к ним: тройники, отводы, переходы, муфты и пробки.

По сравнению с бетонными и чугунными керамические кана­лизационные трубы имеют преимущество — на них не действуют всякого рода химические реагенты, содержащиеся в канализаци­онных стоках, особенно химических предприятий.

Дренажные трубы — это короткие прямые трубы без муфтовых расширений, применяемые в дренажах (системах осушения грун­та). Они имеют пористый, проницаемый для воды, неглазурован — ный черепок.

Формовка труб производится с помощью ленточных прессов.

Клинкер дорожный — это искусственный камень высокой проч­ности, изготавливаемый из глины путем ее обжига до полного спека­ния массы, в результате чего получают чрезвычайно плотное изде­лие, чаще всего в форме кирпича размерами 220x110x65 мм.

Прочность клинкера настолько велика, что он в лучших своих сортах приближается по прочности к граниту. Для клинкера ха­рактерна высокая твердость (до 7 по шкале Мооса), благодаря которой он обладает очень малой истираемостью. Химическая стой­кость клинкера позволяет употреблять его в качестве кислотоупор­ного кирпича.

Наиболее широко клинкер применяется в качестве дорожного материала при устройстве мостовых, пешеходных дорожек, тро­туаров.

Фаянс и фарфор характеризуются белым цветом черепка, по­этому для их изготовления необходимо применять беложгущиеся каолины и глины. Как фаянс, так и фарфор покрываются про­зрачной бесцветной глазурью. От фарфора фаянс отличается лишь более высокой пористостью своего черепка. Фарфор имеет сильно спекшийся черепок.

Рабочие массы для фаянса, особенно для фарфора, составля­ются из первосортных материалов. Формовка изделий осуществ­ляется различными способами: полусухим, пластическим и мок­рым. Обжиг фаянса и фарфора производится дважды: первый раз без глазури (так называемый утильный обжиг), второй раз после покрытия глазурью (глазурный обжиг). В строительном деле фаянс применяется в виде стенных облицовочных плиток и санитарно­технических изделий: ванн, раковин, умывальников, писсуаров, унитазов. Фарфор используют главным образом для изготовления декоративных, а также технических изделий.

Теплоизоляционная керамика представлена кирпичом теплоизо­ляционным, ячеистой керамикой и керамзитовым гравием.

Кирпич теплоизоляционный получают при введении в глину до 20 % выгорающих при обжиге добавок (опилок, торфа, угля, коксового шлама). Применяют также специальные глины, содержащие органические вещества (например, битумные слан­цы) или карбонаты (например, мергелистые глины). Глины зат­воряют пеноэмульсией. Плотность теплоизоляционного кирпича находится в пределах 300…700 кг/м3.

Ячеистая керамика получается путем вспучивания в фор­мах и спекания глиняной крошки или беспорядочно уложенных тонких глиняных стержней. Плотность такой керамики составляет 400… 1 300 кг/м3.

Керамзитовый гравий — пористые гранулы, получае­мые вспучиванием глины при обжиге. Применяется керамзито­вый гравий в качестве заполнителя для легких бетонов и для теп­лоизоляционной засыпки (см. подразд. 9.10).

Огнеупорные материалы применяются при строительстве про­мышленных и обогревательных печей, высокотемпературных аг­регатов и т. д. Их подразделяют на огнеупорные (с температурой размягчения 1 580… 1 770°С), высокоогнеупорные (с температу­рой размягчения 1 770…2 000 °С) и высшей огнеупорности (с тем­пературой размягчения более 2 000 °С). Наряду с температурой боль­шое значение имеет химический состав огнеупоров, так как они могут разрушаться в результате химического воздействия среды (расплавов стекла, металлов, шлаков, горных пород, газов и т. д.). Наиболее распространенными являются следующие виды огне­упоров.

Кремнеземистые огнеупоры (динасовые) содер­жат не менее 93 % кристаллического кремнезема (Si02) в форме тридимита или кристобаллита (см. подразд. 1.2). Их получают об­жигом при температуре выше 870 °С молотых кварцевых пород с небольшой добавкой глины или извести для связывания. Огне­упорность динаса составляет 1 700… 1 750 °С. Его применяют в ка­честве кислой футеровки сталеплавильных, стекловаренных и кок­совых печей.

Алюмосиликатные огнеупоры в зависимости от со­держания кремнезема (Si02) и глинозема (А1203) подразделяются на полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Нолукислые огнеупоры (Si02 > 65%, А1203 < 28%) с огнеупорностью 1 580… 1 710 °С получают обжигом молотых квар­цевых пород на глинистой или каолиновой связке и применяют для футеровки вагранок коксовых и других печей.

Ш амотные огнеупоры (А1203 = 30…45 %) с огнеупор­ностью до 1 500 °С получают обжигом огнеупорной глины с ото — щаюгцей добавкой шамота (порошка обожженной огнеупорной глины) и применяют для футеровки печей в стекловаренной и цементной промышленности.

Высокоглиноземистые огнеупоры (А1203 > 45 %) по­лучают из бокситов и корундов на глиняной связке обжигом до спекания или плавления и применяют для футеровки доменных и стекловаренных печей.

Магнезиальные огнеупоры состоят главным образом из минерала периклаза (MgO), имеющего температуру плавления 2 800 °С. Их применяют для футеровки сталеплавильных печей и конверторов.

Магнезитовые огнеупоры (MgO = 80…85%) с огне­упорностью выше 2 000 °С получают обжигом до спекания или плав­ления природного магнезита, связанного каустическим магнези­том.

Доломитовые огнеупоры с огнеупорностью до 1 800 °С получают обжигом природного доломита. Они содержат СаО и MgO.

Кислотоупорные изделия (вентили, трубы, баки, фасонные де­тали, кислотоупорные плитки, кирпичи) изготавливаются из глин, не содержащих примесей, понижающих химическую стойкость (карбонатов, гипса, пирита), и применяются на химических за­водах.

Несмотря на все многообразие керамических изделий и при­меняемого для их изготовления сырья важнейшие процессы при их производстве, различаясь в деталях, по существу одни и те же. Получение керамических изделий состоит в основном из следую­щих технологических операций:

1) подготовка сырой керамической массы;

2) формование изделий;

3) сушка изделий и отделка их в необожженном виде;

4) обжиг изделий;

5) глазурование изделий (может предшествовать обжигу или выполняться после предварительного обжига с последующим об­жигом для закрепления глазури).

Приготовление керамической массы. В общем случае керамиче­ская масса состоит из четырех компонентов: глины (или смеси глин); отощителя; флюса и воды. В некоторых случаях, при подхо­дящих природных глинах, отсутствует необходимость в использо­вании отощителя или флюса. При необходимости получения по­ристого черепка в массу вводят порообразующие материалы.

Для того чтобы точно дозировать и равномерно смешивать с другими компонентами, глину подвергают сначала грубому, а за­тем тонкому измельчению. Необходимым условием нормальной работы агрегатов тонкого помола является невысокая влажность глины (не выше 7… 10 %). Поэтому излишне влажную глину сушат в сушильных барабанах сразу после грубого измельчения дробил­ками или глинорезками.

При другом способе производится помол всех компонентов в шаровых мельницах мокрого помола. Полученную керамическую суспензию пропускают через вибрационное сито и подвергают распылительной сушке, получая пресс-порошок влажностью 5…7%.

Для производства доброкачественных изделий необходимо при­дать глине высокую однородность, для чего ее перемешивают в глиномешалках, при необходимости доувлажняя и иногда разог­ревая для повышения пластичности.

Выбор схемы подготовки керамической массы осуществляется с учетом как особенностей сырьевых материалов, так и способа последующего формования, для которого главным моментом яв­ляется влажность W сырьевой смеси. Существуют три наиболее часто применяемых способа подготовки керамической массы: по­лусухой (W = 7… 12%), пластический (W = 17…22%) и мокрый (W> 30%).

Формование керамических изделий. Формование керамических изделий осуществляют пластическим способом, полусухим прес­сованием и шликерным литьем.

Пластическое формование (W = 17…22%) осуществ­ляют при помощи шнекового (ленточного) пресса. Современный безвакуумный ленточный пресс — сложный агрегат, однако прин­цип его работы чрезвычайно прост (рис. 5.1). Керамическая масса через воронку 7 и нагнетательные валки 2 подается на лопасти шнека (червяка) 4, который, вращаясь вокруг своей оси, захва­тывает массу и перемещает ее в сторону сужающейся части — головки 5. На выходе из головки устанавливается съемная насад­ка — мундштук 6, отверстие в котором имеет ту или иную форму, зависящую от конкретного изделия. При изготовлении кирпича мундштук имеет прямоугольное отверстие размером 250×120 мм. Под действием давления (1,6…7,0 МПа), развиваемого шнеком, масса выдавливается через отверстие мундштука и выходит в виде непрерывной глиняной ленты, которая разрезается на отдельные кирпичи стальными струнами.

Методом пластического формования изготавливают как пол­нотелый, так и пустотный (многодырчатый) кирпич, трубы, че­репицу и другие изделия. При производстве керамических труб используют вертикально формующие шнековые прессы.

Полусухое прессование производится при высоком дав­лении (25…35 МПа). В этом случае оптимальное содержание влаги в рабочей массе должно составлять 7… 12%. Формование осуще­ствляется на механических и гидравлических прессах. Упрощен­ная схема формования этим способом показана на рис. 5.2. Прес­сование производится в пресс-форме 4, куда из бункера 7 с помо­щью каретки 3 переносится порция пресс-порошка (рис. 5.2, а). Одновременно при движении вправо каретка сталкивает отфор­мованный сырец 6 (рис. 5.2, в) на приемное устройство (на рис. 5.2 не показано).

При обратном движении каретки (влево) нижний штамп 5 опускается и пресс-порошок заполняет пресс-форму (рис. 5.2, а). После этого опускается и входит в пресс-форму верхний штамп 2, производя предварительное уплотнение массы при давлении около 2 МПа, в результате чего ее объем уменьшается на 30… 35 % (рис. 5.2, б). Дальнейшее прессование производится нижним штам­пом в две ступени. На первой ступени создается давление около

Рис. 5.1. Безвакуумный ленточный пресс: / — приемная часть (воронка); 2 — нагнетательный валок; 3 — цилиндр; 4 — шнек; 5 — головка; 6 — мундштук; 7 — рубашка; 8 — выпорные лопасти; 9 — ребра; 10 — станина; 11 — вал

о ‘sO

 

1 . / …. 1 /I / Ч / 3 ч. )

Рис. 5.2. Последовательность (а…в) полусухого прессования кирпича: 1 — бункер с пресс-порошком; 2 — верхний штамп; 3 — каретка; 4 — пресс — форма; 5 — нижний штамп; 6 — кирпич-сырец

9 МПа. После этого нижний штамп опускается вниз, давая выход отжатому из прессуемой массы воздуху. Если этого не делать, то воздух, расширяясь после снятия давления, разрыхлит отформо­ванное изделие. Окончательное прессование производится при давлении около 30 МПа.

Полусухим прессованием получают керамические плитки, кир­пич, черепицу. Этот способ формования имеет преимущество пе­ред пластическим — при нем практически не требуется сушки изделий и они могут сразу направляться на обжиг.

Шликерное литье керамических изделий основано на спо­собности затвердевшего гипса впитывать воду. Применяют три спо­соба литья: сливной; наливной; комбинированный.

При сливном способе формования жидкую керамическую массу (шликер) наливают в гипсовую форму, пористые стенки которой впитывают влагу, отнимая ее от шликера, вследствие чего по внут­ренней поверхности формы образуется сплошной равномерный слой загустевшей массы (рис. 5.3, а). Когда этот слой приобретет нужную толщину, избыток шликера сливают, а изделие оставляют еще на некоторое время в форме для высыхания (подвялки), вследствие чего оно дает усадку и Легко отстает от стенок формы.

При наливном способе шликер заливают в пространство меж­ду сопрягаемыми частями разъемной формы. При этом способе процесс уплотнения массы протекает быстрее, так как влага от­бирается и с наружной, и с внутренней поверхностей заготовки (рис. 5.3, б). В отличие от сливного наливной способ позволяет формовать изделия более сложной формы и с большей точностью размеров.

В некоторых случаях целесообразно использовать оба способа (комбинированный способ). Например, у раковин и умывальни­ков «тело» чаши — наливное, а полые борта — сливные.

Методом литья изготавливают тонкостенные фаянсовые и фар­форовые санитарно-технические изделия, посуду, вазы, статуэт­ки, химическую посуду и приборы. Этот способ в отличие от дру­гих позволяет изготавливать изделия сложной формы.

Сушка изделий. Сушка изделий осуществляется в сушилках раз­нообразных конструкций (камерных, туннельных). Сушка кера­мических изделий является трудоемкой стадией производства, так как в процессе сушки получается большой процент брака вслед­ствие образования трещин и деформации заготовок.

Глазурование керамических изделий. Глазурью называется тон­кий стекловидный слой, наносимый на поверхность керамиче­ского изделия с целью придать ему красивый внешний вид и од­новременно повысить водонепроницаемость и стойкость к хими­ческим и механическим воздействиям. По составу и физическим свойствам глазури представляют собой разновидности стекол. Для приготовления глазури используют природные материалы, содер­жащие кремнезем и глинозем (кварцевый песок, глину, полевой шпат, тальк и др.), а также соли и оксиды различных металлов: калия, натрия, лития, бора, кальция, магния, бария, цинка, свин-

Рис. 5.3. Способы шликерного литья: а — сливной; 6 — наливной; 1 — заливка шликера; 2 — слив излишнего шлике­ра; 3 — разъем формы; 4 — подвялка; 5 — отформованные изделия

ца, олова и т. д. Оксиды металлов придают глазури ту или иную окраску, улучшают блеск и другие свойства, понижают темпера­туру плавления глазури.

Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими). И те, и другие могут быть окрашенными и бесцветными.

Тонко измельченную глазурь смешивают с водой для полу­чения суспензии с консистенцией сливок (плотностью 1 350… 1 400 кг/м3) и наносят на поверхность изделия путем полива, окунания или пульверизации. Во время обжига глазурь расплавля­ется, растекается по поверхности и при охлаждении превращает­ся в стекловидный слой.

Обжиг керамических изделий. Обжиг позволяет осуществить необратимое превращение керамической массы в твердое камне­видное тело. Этот процесс называется спеканием.

Процессы при обжиге начинаются с испарения той части ме­ханически примешанной воды, которая целиком не была удалена из изделия при сушке. При дальнейшем повышении температуры в интервале от 500 до 800 °С происходит выделение химически связанной воды. При этом, например, каолинит переходит в ме­такаолинит: А1203 • 2Si02 • 2Н20 -»А1203 • 2Si02 + 2Н2ОТ. В интерва­ле температур от 800 до 900 °С происходит диссоциация глинообра­зующих минералов, например метакаолинита: А1203 • 2Si02 — э А1203 + + 2Si02, а также присутствующего в массе углекислого кальция: СаС03 -> СаО + С02.

Оксид кальция, так же как и остальные оксиды металлов, при последующем повышении температуры начинает реагировать с кремнеземом и глиноземом, образуя легкоплавкие смеси различ­ных силикатов и алюмосиликатов. Количество образующегося рас­плава увеличивается по мере нагрева; в соответствии с этим изме­няются и свойства черепка. Сначала пористый черепок начинает постепенно уплотняться и терять свою пористость, превращаясь в плотный клинкер. Для получения пористых изделий обжиг прово­дят при невысокой температуре. Если же необходимо получить изделие с плотным каменным черепком, то температуру повыша­ют до такого значения, при котором количество расплава стано­вится достаточным для заполнения всех промежутков и пустот между нерасплавленными частицами.

Температура обжига различных изделий строительной керами­ки составляет от 900 до 1 700 °С.

Печи для обжига, применяемые в керамической промышлен­ности, в основном непрерывно действующие. По форме печного пространства современные печи бывают туннельными и щелевы­ми.

Туннельная печь представляет собой длинный (100… 160 м) уз­кий канал, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом. Зона обжига в этой печи располагается примерно посередине. Обжига­емые изделия помещаются на вагонетки и вкатываются в печь одна за другой, образуя сплошной поезд. При вдвигании новой вагонетки с одного конца печи весь поезд перемещается так, что с другого конца выталкивается вагонетка с уже обожженным ма­териалом. Туннельные печи используются при производстве кир­пича, керамических труб, сантехнических изделий.

Щелевые печи применяются для обжига керамической плитки и черепицы. Они работают подобно туннельным печам, но имеют очень узкий щелевидный канал, в который подаются изделия с помощью роликового конвейера. Ширина канала щелевых одно­рядных печей — от 0,9 до 2,5 м, высота — 0,6…0,8 м; длина щеле­вой печи — от 24 до 65 м.

Сырьевые материалы, применяемые в керамическом производ­стве, подразделяются на непластичные и пластичные.

Непластичные материалы — это различные природные или ис­кусственные продукты, которые при добавлении к глине снижа­ют ее пластичность. Они употребляются как добавки к глине для регулирования ее технических свойств, но в редких случаях ис­пользуются в виде основного сырья (например, кварцит для по­лучения динаса, магнезит для получения магнезитового кирпи­ча).

В зависимости от назначения различают три вида непластич­ных материалов: отощающие добавки; плавни, или флюсы; поро — образующие добавки.

Отощающие добавки (песок, шамот) применяются для снижения излишней пластичности глины. Они снижают усадку и коробление изделий при сушке и обжиге, тем самым повышая их качество.

Плавни, или флюсы (полевой шпат, мрамор, обсидиан), снижают температуру обжига, образуя легкоплавкие смеси (эв­тектики) и позволяя получить расплав, необходимый для спека­ния черепка, уже при температуре 1 150… 1 300°С.

Порообразующие добавки образуют поры, либо вы­горая при обжиге (древесные опилки, каменноугольная мелочь, торфяная крошка), либо разлагаясь с выделением газов (карбо­натные породы).

Пластичные материалы — это различные сорта глин, которые при затворении водой образуют пластичную массу, способную принимать и сохранять заданную форму.

Глина — распространенная тонкодисперсная горная порода, обладающая способностью при затворении водой давать легко формующуюся пластичную массу и способностью превращаться после обжига в твердое камневидное тело.

Минералогический состав глин разнообразен. Например, ми­нерал каолинит в некоторых глинах (каолинах) находится в ко­личестве до 100 %, а в некоторых — почти совершенно отсутству­ет. Помимо каолинита в составе глин встречаются и другие глино­образующие минералы: монтмориллонит (А1203 • 4Si02 • Н20), гид­рослюды и др.

Технические свойства глины определяют ее пригодность к по­лучению керамических изделий надлежащего качества.

Пластичность глины — это способность глиняного теста дефор­мироваться без разрывов и трещин. Глины, дающие высокоплас­тичное тесто, называются жирными, а глины, дающие низкопла­стичное тесто, — тощими. Жирные глины в отличие от тощих тре­буют больше воды для получения той же пластичности теста. Вслед­ствие этого изделия из жирных глин при высыхании сильно умень­шаются в объеме и дают трещины.

Цвет глины после обжига определяет, для какого вида изделий — грубой или тонкой керамики — может быть применена данная глина.

Чистые глины, состоящие только из водных алюмосиликатов (каолинита и др.), после обжига дают белый цвет и называются беложгущимися. Наиболее частой примесью, вызывающей окраску глин после обжига, являются соединения железа. Чем больше со­держание оксидов железа в глине и чем выше температура ее об­жига, тем интенсивнее получается окраска. Кирпич, обожженный при недостаточно высокой температуре (недожог), всегда слабее окрашен, чем нормально обожженный кирпич, имеющий обыч­но ровную красную окраску. Пережженный кирпич, наоборот, имеет цвет от бурого до синевато-черного.

Огнеупорность глин — это та температура, при которой проис­ходит потеря формы (падение) образца глины в виде трехгран­ной пирамидки и которую принимают за температуру плавления /пл, поскольку глины плавятся в некотором интервале температур. По температуре плавления глины подразделяются на огнеупор­ные (/пл > 1 580°С), тугоплавкие (Гпл = 1 350… 1 580°С) и легко­плавкие (/пл < 1 350 °С).

Огнеупорность глин тем выше, чем они чище, поэтому из чис­ла глинистых материалов наибольшую огнеупорность будет иметь совершенно чистый каолинит, который плавится при температу­ре 1 770 °С. Примеси в глинах понижают температуру их плавле­ния. Огнеупорность глины можно понизить добавкой к ней плав­ней (флюсов).

Интервал плавкости глин — это разность между температурой плавления и температурой спекания глин. Если интервал плавко­сти мал, то существует опасность, что некоторые изделия при обжиге будут расплавлены, так как заводские печи не обеспечи­вают равномерную температуру по всему пространству и отклоне­ния ее в более высокую сторону могут превысить интервал плав­кости.

Чем выше температура обжига, тем больше образуется расплава и тем более спекшийся (более плотный) получается черепок. В ке­

рамике за температуру спекания принимают ту температуру об­жига, при которой водопоглощение получаемого черепка состав­ляет 5 %.

Усадка (воздушная) — уменьшение размеров изделия в резуль­тате его высыхания; огневая усадка — уменьшение размеров изде­лия в результате обжига. Общей усадкой называется суммарное из­менение размеров изделия в результате сушки и обжига. Введение отощающих добавок позволяет снизить усадку.

5.1. Общие сведения

Керамическими называются материалы, которые получаются в результате обжига до спекания отформованной сырьевой мас­сы, состоящей из тонкодисперсного минерального сырья, содер­жащего чаще всего глину в качестве основного компонента.

По назначению керамические изделия подразделяются на три основные группы:

1) художественно-декоративная и хозяйственная керамика;

2) техническая керамика (электротехническая, радиотехниче­ская, химически стойкая, огнеупорная);

3) строительная керамика, к которой относятся: стеновые ма­териалы (кирпич и камни керамические); кровельные материалы (керамическая черепица); облицовочные материалы (облицовоч­ные плитки стеновые, половые, фасадные, майолика, террако­та); санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы, пис­суары, биде, смывные бачки, урны и т. д.); трубы (дренажные, канализационные); теплоизоляционные материалы.

Материал, из которого состоят керамические изделия, назы­вается черепком. Различают изделия с пористым черепком, у ко­торых водопоглощение по массе Вм > 5%, и изделия с плотным черепком, у которых Вм < 5 %. К изделиям с пористым черепком относятся кирпич, дренажные трубы, керамзит. К изделиям с плотным черепком относятся клинкерный кирпич, плитки для пола, канализационные трубы.

В зависимости от внешнего вида черепка керамические изде­лия подразделяются на изделия грубой керамики, имеющие ок­рашенный черепок с неоднородной по размеру и окраске компо­нентов структурой, и изделия тонкой керамики, имеющие одно­родную структуру и однообразную, преимущественно белую, ок­раску.

На многие керамические изделия как пористого, так и плот­ного черепка в процессе их изготовления наносят тонкий поверх­ностный слой более или менее легкоплавкого стекла — глазури. Глазурь закрывает поры, сглаживает шероховатости поверхности, придавая ей гладкий и блестящий вид. В соответствии с этим все изделия могут быть разделены на глазурованные и неглазурован — ные. Неглазурованные изделия, в отличие от глазурованных, име­ют матовую, шероховатую поверхность.

Факторы выветривания каменных материалов. Факторы вывет­ривания каменных материалов можно подразделить на три груп­пы: физические; химические; биологические.

Физические факторы выветривания — это колебания темпера­туры; давление воды, расширяющейся при замерзании; растворя­ющее действие воды.

Колебания температуры (суточные) обусловлива­ют возникновение и постепенное развитие трещин в каменных материалах. В полиминеральных породах гранитной и, особенно, порфировидной структур это объясняется несовместимостью тем­пературных деформаций минералов, различающихся цветом и ко­эффициентом температурного расширения (КТР). Проявление по­добной несовместимости в мономинеральных породах связано с анизотропностью кристаллов, т. е. различием КТР в разных на­правлениях. Кроме того, суточные колебания температуры приво­дят к возникновению температурных перепадов, усугубляющих воздействие перечисленных ранее факторов. Устойчивость пород в отношении колебаний температуры возрастает с уменьшением зернистости и увеличением однородности зерен по размеру, цве­ту и КТР.

Давление замерзающей вод ы в порах и трещинах кам­ня является одним из самых существенных факторов разрушения. О морозном разрушении и морозостойкости материалов уже го­ворилось в подразд. 2.3.

Растворяющее действие воды не проявляется в за­метной степени для большинства пород, однако гипс и ангидрит обладают определенной растворимостью.

Химические факторы выветривания — это в основном гидроли­тическое действие воды, химическое растворение пород и воз­действие природных и промышленных газов.

Гидролитическое действие воды проявляется в от­ношении, например, полевых шпатов. Несмотря на чрезвычайно малую растворимость в воде в присутствии углекислоты они распа­даются на нерастворимый каолинит (алюмокремневую кислоту) и легко растворимые углекислый калий и аморфный кремнезем:

К20 • А1203 • 6Si02 + С02 + 2Н20 =

= А1203 — 2Si02 — 2Н20 + К2С03 + 4Si02

Химическое растворение известняков, доломитов, маг­незита (пород, сложенных углекислым кальцием или углекислым магнием) происходит в воде, содержащей свободную углекисло­ту. Соответствующая реакция с пояснениями была приведена при рассмотрении процессов образования известкового туфа (см. под — разд. 4.3).

Растворение каменных материалов может происходить также при наличии в воде органических и неорганических кислот.

Воздействие природных и промышленных га­зов, главным образом кислорода и сернистого газа (S03), играют важнейшую роль в выветривании каменных материалов. Оба газа могут образовать серную кислоту: кислород — при действии на пирит (FeS2), а сернистый газ — при растворении в воде. Разру­шительное действие серной кислоты на большинство минералов известно. Например, мрамор на открытом воздухе легко перерож­дается в гипс.

Биологические факторы выветривания, обусловленные жизне­деятельностью некоторых низших организмов (грибов, лишайни­ков, мхов), наиболее часто наблюдаются на северных, как прави­ло, шероховатых стенах зданий и сооружений. Разрушению камня способствует выделение растениями органических кислот и по­требление ими минеральных веществ, переходящих в раствор. В то же время заселение камня низшими растениями препятствует его просыханию, обусловливая тем самым морозное разрушение.

Полировка камня значительно повышает его долговечность, однако полностью не исключает биологическое выветривание.

Меры борьбы с выветриванием. Меры борьбы с выветриванием могут быть конструктивными и консервационными.

Конструктивные меры заключаются в создании рациональных конструкций (отсутствие выступов, карнизов, на которых могла бы задерживаться вода; шлифовка и полировка камня и т. д.).

Консервационные меры заключаются в пропитке камня на дос­таточную глубину специальными составами (эти вопросы подробно рассмотрены в подразд. 15.2).

Флюатирование — способ, применяемый для известня­ков. При пропитывании их раствором флюатов Кесслера (солей кремнефтористоводородной кислоты) получается целый ряд труд­но растворимых в воде соединений. Например, при применении магниевого флюата образуются трудно растворимые соединения:

MgSiF6 + 2СаС03 = 2CaF2 + MgF2 + Si02 + 2С02

Аванфлюатирование — способ, применяемый для кам­ней, не содержащих СаС03. В этом случае камень перед флюати — рованием пропитывают составом, содержащим известковую или иную соль, с которой флюат дает нерастворимые соединения.

По форме естественные каменные материалы можно подраз­делить на четыре вида:

1) штучные камни (стеновые, дорожные);

2) плиты (облицовочные, половые, тротуарные, кровельные, плиты перекрытий, плиты ограждений);

3) песок, щебень, гравий, булыжник, валуны;

4) архитектурно-строительные детали (элементы пилястр и колонн, наличники, карнизы, ступени, подоконники, каминные полки, столешницы и т. д.).

Штучный камень и плиты получают либо непосредственно в карьере в процессе добычи, либо на камнеобрабатывающих пред­приятиях путем распиловки добытых в карьере блоков. Архитек­турно-строительные детали изготавливают на предприятиях, а рыхлые материалы заготавливают в карьерах.

Технические требования на изделия из каменных пород. Ка­менные материалы по плотности подразделяются на тяжелые (у0 > 1 800 кг/м3) и легкие (у0 < 1 800 кг/м3). Их марки по прочно­сти при сжатии (нижний предел, кгс/см2) составляют: у тяжелых пород — от 100 до 1 000; у легких пород — от 4 до 200; по морозо­стойкости — от 10 до 500 (циклов замораживания и оттаивания); по коэффициенту размягчения — 0,6; 0,75; 0,8; 0,9; 1,0.

Виды каменных материалов. Необработанные камни и плиты, полученные взрывным способом или откалыванием от породы, называются бутовым камнем. При разработке слоистых пород (из­вестняков, песчаников, гнейсов) бут получается постелистым (плоским), что является удобным для бутовой кладки стен и фун­даментов.

Облицовочные плиты изготавливают из гранита, сие­нита, лабрадорита, кварцита, мрамора, известняка, песчаника и других пород. Изделия из изверженных пород и кварцита очень стойки к выветриванию, но из-за высокой твердости тяжело об­рабатываются, а следовательно, дороги. Их применяют в основ­ном для облицовки фасадов и цоколей зданий, а внутри помеще­ний используют менее стойкие мягкие породы (мрамор, извест­няк), обработка которых стоит дешевле.

В зависимости от способа получения облицовочные плиты бы­вают колотыми, тесаными и пилеными. Колотые и тесаные пли­ты, получаемые ударной обработкой, могут иметь различную фак­туру: бугристую, рифленую, борозчатую, точечную. Абразивной обработкой получают более тонкие фактуры: пиленую (с глуби­ной бороздок менее 1 мм); шлифованную (с шероховатостью ме­нее 0,5 мм); лощеную (гладкую без блеска); полированную (с зер­кальным блеском).

Камни стеновые из легких пород (вулканического туфа, опоковидных трепелов, известкового туфа, известняка-ракушеч­ника и других пористых пород) выпиливают размерами 390х 190х 188 мм; 390х 190×288 мм; 490х240х 188 мм. Дополни­тельно выпиливают уменьшенные камни, составляющие по дли­не 1/2 или 3/4 от полномерного камня. Марки стеновых камней по прочности при сжатии — от 4 до 400. Один полномерный ка­мень заменяет 8… 16 кирпичей, что повышает производительность труда, уменьшает расход раствора, повышает сейсмостойкость здания.

Дорожные каменные материалы включают в себя брусчатку, тротуарную плитку, бортовые камни. Брусчатку полу­чают раскалыванием изверженных горных пород (диабаза, базаль­та) на камни в форме параллелепипеда, суживающегося книзу. Размеры верхней грани 250 х 125 мм при высоте 130 или 160 мм и 200x 100 мм при высоте 100 мм. Предел прочности при сжатии брусчатых камней должен быть не ниже 100 МПа (марка 1000), а коэффициент размягчения — не ниже 0,8. Брусчатку получают также литьем горных пород и металлургических шлаков.

Бортовые камни изготавливают пилеными или колотыми. Они могут иметь прямоугольную или криволинейную форму. Длина бортовых камней составляет от 700 до 2 000 мм, ширина — от 80 до 200 мм; высота — от 200 до 600 мм. Марки камней по прочно­сти должны быть не ниже 900 для магматических пород и 600 — для осадочных и метаморфических пород.

Кровельные материалы в виде плитки изготавливают главным образом из кристаллических сланцев. Применяются так­же кровельные плоские плитки из пильных известняков и ступен­чатые плиты для сводчатых сооружений.

Добыча каменных материалов. Добыча рыхлых пород (глины, песка, гравия) производится открытым способом с помощью экскаваторов и других машин.

Песок со дна рек, озер, заливов добывают с помощью всасы­вающих устройств, которые забирают песок вместе с водой и транс­портируют его по трубам в отвалы, где происходит его обезвожи­вание.

Постелистый бут добывают с помощью бурильных, ударных механизмов и клиньев.

Рваный бут, использующийся для бутовой кладки, бутобето­на, бетона (в виде щебня), а также для дорог и гидротехниче­ских сооружений, добывают главным образом взрывным спосо­бом.

Щебень получают дроблением камня в щековых или конусных дробилках и сортируют по фракциям на вращающихся грохотах или вибрационных ситах. Для промывки щебня (или гравия) по­дается вода.

Мягкие породы (туфы, ракушечники) разрабатываются откры­тым или закрытым способами. Режут породы специальными кам­нерезными машинами с помощью дисковых, цепных или канат­ных пил. Существуют машины, вырезающие из породы крупные блоки, которые затем циркулярными машинами могут быть раз­резаны на плиты.

Твердые породы обычно разрабатывают, отделяя сначала бу­роклиновым способом или пилением крупный блок, из которого изделия получают на камнеобрабатывающих заводах.

Отходы, в больших количествах образующиеся на камнерезных заводах в виде рыхлых материалов различной крупности, сорти­руют на фракции и используют в качестве заполнителей и напол­нителей в бетонах, растворах и других материалах различного на­значения.

На поверхности земли в условиях атмосферы происходят про­цессы выветривания. Под поверхностью земли располагается пояс цементации. Ниже этой зоны, начиная с глубины примерно 1 км, простирается зона метаморфизма (видоизменения), в которой породы, как изверженные, так и осадочные, подвергаются воз­действию высокой температуры, высокого давления и химически активных газов и растворов. В результате рождаются новые поро­ды, отличающиеся от исходных минералогическим составом, структурой (часто слоистой или сланцеватой) и свойствами.

Гнейс — продукт метаморфизма гранита. Он сходен с ним по минералогическому составу и отличается лишь более или менее резко выраженной сланцеватостью, которая, с одной стороны, облегчает разработку и позволяет получать постелистый бутовый камень, а с другой стороны — понижает механическую прочность.

Глинистые (кровельные) сланцы — продукты мета­морфизма глин — обладают совершенной сланцеватостью и спо­собны раскалываться на очень тонкие (толщиной до 2,5 мм) плитки. Они состоят главным образом из кварца, слюды и глинистого вещества. Цвет их меняется от серого до черного. Глинистые слан­цы являются прекрасным кровельным материалом, долговечным, превосходящим по долговечности все другие виды кровельных материалов. Они не требуют окраски и периодических ремонтов, огнестоеки, не разрушаются при действии паров кислот и серни­стого газа. По сравнению с черепицей кровельный сланец имеет большую долговечность, водонепроницаемость, меньшую массу (крыши, покрытые кровельным сланцем, почти на 50% легче че­репичных). Плитки из кровельного сланца можно обрезать и опи­ливать, а также пробивать гвоздями.

Кварциты образуются в результате метаморфизма кремнис­тых песчаников, когда цементирующее кремнистое вещество пе­реходит в кварц и сливается с кварцевыми зернами песка. Цвет кварцитов обусловлен примесями. Наиболее распространены бе­лые, серые, желтоватые и красные кварциты. Кварциты характе­ризуются самой высокой прочностью и твердостью среди горных пород. Несмотря на трудности добычи и обработки кварциты при­меняются в строительстве в качестве штучного камня, для изго­товления щебня и в других целях. Многие сорта кварцитов ис­пользуются для облицовки зданий и для декоративных деталей. Кварциты широко применяются для изготовления огнеупорного кирпича, известного под названием «Динас».

Мрамор — порода, состоящая из кристаллических зерен каль­цита, в некоторых случаях — с примесью углекислого магния, доходящей иногда до состава чистого доломита. Предполагается, что мрамор образовался в результате метаморфизма карбонатных пород. При наблюдении шлифа мрамора под микроскопом в нем совершенно не видно аморфного цементирующего вещества; от­дельные зерна кальцита сращены между собой без промежуточ­ного цемента так, как это наблюдается, например, в гранитах.

Цвет мраморов разнообразен и зависит от природы примесей. При неравномерном распределении примесей получается мрамор различных цветов и узоров. Ценность мрамора повышается с умень­шением размера зерен. Мрамор разрабатывается сравнительно лег­ко; из него можно выпиливать тонкие плиты. Под влиянием сер­нистого газа мрамор выветривается, превращаясь в гипс.

Мрамор употребляется главным образом как декоративный и отделочный материал для внутренней облицовки зданий, для пе­рил, лестничных ступеней, подоконников, в виде мраморной крошки и т. д.