Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 14.09.2015

Гидравлическая известь. Сырьем для производства гидравли­ческой извести служат мергелистые известняки, т. е. известняки, содержащие глинистые и другие вещества в значительном коли­честве. По мере повышения содержания глинистых и кремнезе­мистых примесей в продукте обжига содержится все меньше сво­бодной извести и больше силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Вместе с тем уменьшается способность извести к гаше­нию и увеличивается ее способность к гидравлическому тверде­нию.

Производство гидравлической извести складывается из обжига сырья (при 900… 1 100°С), гашения продукта обжига, отделения непогасившихся частиц, их помола и смешения измельченных зе­рен с погасившимся материалом. Иногда выпускаются два раз­дельных продукта. Гидравлическая известь состоит из СаО, сили­ката 2СаО • Si02 (C2S), алюмината СаО ■ А1203 (СА) и феррита каль­ция 2СаО • Fe203 (C2F).

Процесс твердения гидравлической извести сочетает в себе воздушное твердение с участием Са(ОН)2 (см. подразд. 8.6) и гид­равлическое твердение силикатов, алюминатов и ферритов каль­ция, которые при взаимодействии с водой превращаются в гид­росиликаты, гидроалюминаты и гидроферриты кальция. Гидрав­лическая известь твердеет быстрее воздушной извести и набирает большую прочность.

Применение извести (воздушной и гидравлической) ограничи­вается в основном строительными растворами, применяемыми для каменной кладки и штукатурных работ. К известковому раствору иногда добавляют строительный гипс или портландцемент. Извес­ти широко используют для производства различных автоклавных строительных материалов, которые называют силикатными.

Вид извести (слабо — или сильногидравлическая) устанавлива­ют по 28-суточной прочности образцов-балочек размерами 40x40x160 мм, изготовленных из известково-песчаного раствора состава 1:3 нормальной густоты. Для слабогидравлической извести Лшт> 0,4; /?сЖ> 1,7; для сильногидравлической извести /?изг> 1; ПсЖ> 5 МПа.

Романцемент. В качестве сырья для производства романцемента служат известковые или магнезиальные мергели, в которых соот­ношение между известковой и глинистой частями таково, что в результате обжига (при температуре 1000…1 100°С), не доводя­щего эти материалы до спекания, получается продукт, в котором почти вся известь связана в силикаты, алюминаты и ферриты каль­ция (C2S, СА, С5А3, C2F). Обожженный продукт при смачивании водой не гасится и поэтому превращается в вяжущее вещество только путем помола. Гидравлические свойства романцемента силь­нее, чем у гидравлической извести, но слабее, чем у портландце­мента. Прочность его в жестком растворе может достигать 10 МПа.

Применяется романцемент в строительных растворах для ка­менной кладки, а в бетоне — для неответственных частей соору­жения.

Сырьевые материалы для производства воздушной извести дол­жны состоять в основном из углекислого кальция (известняк, мел, мрамор и т. д.), однако известковые породы, как правило, содержат примеси глинистых веществ, углекислого магния, квар­ца и др.

Обжиг извести производится в шахтных или во вращающихся печах при температуре 900… 1 300°С. В зоне обжига происходит диссоциация СаС03 и MgC03 по следующим реакциям:

СаС03 -» СаО + С02 MgC03 -» MgO + С02

Глинистые вещества, обычно присутствующие в известняках, участвуют в твердофазовых реакциях с образованием силикатов, алюминатов и ферритов кальция, присутствие которых замедляет и делает менее полным гашение извести.

Гашение извести — это процесс ее взаимодействия с водой по реакции СаО + Н20 = Са(ОН)2, которая протекает с выделением большого количества теплоты и увеличением в объеме твердой фазы в 2 — 3,5 раза. Температура при гашении достигает 100 °С, вызывая кипение воды, поэтому негашеную известь называют кипелкой. Воздействие паров кипящей воды и увеличение объема продуктов реакции приводит к распаду комьев извести на части­цы тонкого порошка. При производстве строительной извести процесс гашения заменяет помол.

Примеси глинистых минералов и кварца, с одной стороны, уменьшают способность извести к гашению, а с другой стороны — сообщают извести гидравлические свойства. Если содержание этих примесей в известняке превышает 6 %, то продукт обжига являет­ся гидравлической известью. Примесь MgC03, дающая в результате обжига магнезию MgO, также снижает скорость гашения. Воздуш­ную известь в зависимости от содержания MgO подразделяют на кальциевую (до 5 %); магнезиальную (5 …20 %); доломитовую (свы­ше 20 до 40 %). При гашении извести, регулируя количество до­бавленной воды, можно получить два продукта: сухой порошок — пушонку (около 75 % воды) или тесто (около 250 %).

Помол извести применяют, когда в сырье содержится значи­тельное количество глинистых и магнезиальных примесей. При этом не образуется отходов, неизбежных при гашении извести. Присутствие в извести измельченных силикатов и алюминатов не только не ухудшает качества извести, но и придает ей некоторую водостойкость. Растворы из молотой негашеной извести твердеют быстрее и достигают более высокой прочности, чем растворы из пушонки.

Гидрокарбонатное твердение известковых растворов происхо­дит на воздухе и складывается из двух одновременно протекаю­щих процессов: 1) испарения воды и постепенной кристаллиза­ции гидрата оксида кальция из насыщенного раствора; 2) кар­бонизации Са(ОН)2 углекислотой воздуха по уравнению Са(ОН)2 + + С02= СаС03 + Н20.

Твердение известкового раствора протекает очень медленно из — за образования на поверхности тонкого слоя СаС03, затрудняю­щего испарение воды из раствора и проникновение С02 внутрь.

Гидросиликатное твердение происходит при обработке извест­ково-песчаных изделий в автоклавах (см. подразд. 12.1), где под воздействием пара повышенного давления 0,8… 1,6 МПа и тем­пературы 170…200°С происходит взаимодействие между извес­тью и кремнеземом песка с образованием гидросиликата каль­ция: СаО + Si02 + Н20 -» СаО ■ Si02 • Н20. Помол кварцевого пес­ка приводит к ускорению этой реакции.

Прочность гашеной извести невысока; через 28 сут она состав­ляет 0,5… 1,0 МПа. Прочность молотой негашеной извести при­мерно в 2 — 3 раза выше. Воздушная известь дает при твердении высокую усадку, которую снижают добавлением большого коли­чества песка.

Испытания воздушной извести включают в себя определение степени дисперсности, определение времени гашения, определе­ние содержания непогасившихся зерен, определение влажности гашеной извести.

Оценка качества воздушной извести основана на ее химиче­ском составе и пластических свойствах, а не на прочности. Поэто­му магнезиальная известь, дающая более прочные растворы, рас­ценивается ниже кальциевой извести, а доломитовая — ниже маг­незиальной.

В зависимости от активности (суммарного содержания оксидов кальция и магния) известь подразделяются на три сорта (табл. 8.4).

Жидкое стекло — вязкая прозрачная жидкость, представля­ющая собой раствор в воде так называемого растворимого стек­ла — силиката натрия Na20 • «Si02 (реже — калия К20 • «Si02), где п = Si02/Na20 — силикатный модуль (для Na20/iSi02 п = = 2,0…3,5; для К20 • «Si02 п = 3,5…4,5). Растворимое стекло полу­чают так же, как обычное, — варкой (плавлением) сырьевой ших­ты в стеклоплавильных печах при температуре 1 300… 1 400°С. Шихта натриевого стекла состоит из высушенного и просеянного кварцевого песка и соды Na2C03 (или сульфата натрия Na2S04). Для получения калиевого стекла вместо соды применяют поташ К2С03. Реакция силикатообразования протекает по схеме

nSi02 + Na2C03 Na20 • «Si02 + С02Т

Полное связывание соды завершается при температуре

920.. .950 °С. Получаемый расплав застывает в стеклообразную хруп­кую массу, называемую сили кат-глыбой.

Получение жидкого стекла заключается в растворении сили­кат-глыбы в воде, что выполняется в автоклавах в среде насыщен­ного водяного пара при давлении 0,3…0,7 МПа и температуре

120.. . 150°С. Продолжительность растворения в стационарных ав­токлавах составляет 5… 6 ч, во вращающихся автоклавах — 1… 2 ч. Плотность раствора составляет 1,3… 1,5 г/см3, что соответствует содержанию стекла 50…70%.

Твердение жидкого стекла на воздухе происходит вследствие действия С02 воздуха и высыхания:

Na2O«Si02 + С02+ Н20 -» nSi02-aq + Na2C03

Вяжущие свойства такой системы обусловлены гелем кремне­кисл оты, который при высыхании уплотняется и приобретает значительную прочность. Твердение жидкого стекла в результате высыхания на воздухе — процесс достаточно длительный, так как образующаяся поверхностная плотная корка препятствует высы­ханию геля и проникновению С02 во внутренние слои. Поэтому часто применяют отвердители, которые могут быть газообразны­ми, твердыми или жидкими.

Среди твердых отвердителей наибольшее применение нашли промышленные отходы на основе двухкальциевого силиката: фер — рохромовый шлак и нефелиновый шлам. Твердение происходит по схеме

Na20 • nSi02 + 2СаО • Si02 + Н20 -» СаО • mSi02aq + SiO2aq +

+ (Са, Na2)0 • Si02a^

Продуктами твердения являются гель кремнезема, низкооснов­ные гидросиликаты кальция и натриевокальциевые гидросилика­ты.

Широкое распространение среди жидких отвердителей полу­чили растворы алюмината натрия (Na20Al203) и кремнефтори­стоводородной кислоты (H2SiF6).

Алюмосиликатная композиция отвердевает в результате ряда процессов, которые можно подытожить следующей реакцией:

Na20 • А1203 + Na20 • «Si02 + Н20 Na20 ■ А1203 • 2Si02 • aq +

+ (п — 2)Si02- aq

При твердении кремнефтористосиликатной композиции про­текают две стадии химических процессов, на каждой из которых происходит образование геля кремнекислоты:

Na20 • «Si02+ H2SiF6+ Н20 —> Na2SiF6 + «Si02- aq 2Na20 • «Si02 + Na2SiF6 + 6H20 -> 6NaF + AzSi02- aq

Кислотоупорный цемент состоит из двух компонентов:

1) раствора жидкого стекла со средней плотностью 1,345 г/см3 и п = 2,6…3,0;

2) тонко измельченной смеси, состоящей из 94…96% мине­рального наполнителя, отличающегося высокой кислотостойкос — тью (кварца, кварцитов, вулканической лавы, диабаза, андези­та) и 4…6% ускорителя твердения — кремнефтористого натрия (Na2SiF6).

Компоненты смешивают в соотношении примерно 1:4 (жид­кое : твердое). Добавка Na2SiF6 не только ускоряет процесс твер­дения кислотоупорного цемента, но и повышает его водостой­кость. Начало схватывания кислотоупорного цемента должно на­ступать не ранее чем через 20 мин, конец — не позднее чем через 8 ч. Предел прочности цемента при растяжении в 28-суточном воз­расте должен быть не менее 2,0 МПа. Прочность при сжатии бето­нов на кислотоупорном цементе обычно составляет 20…60 МПа.

Кислотоупорный цемент применяют на химических производ­ствах, где возможен контакт бетона с кислотами. Однако этот це­мент неустойчив в растворах плавиковой, кремнефтористоводо­родной и фосфорной кислот, а также в растворах щелочей.

К магнезиальным вяжущим веществам относятся каустический магнезит и каустический доломит. Магнезиальные вяжущие могут твердеть только на воздухе, поэтому их используют в помещениях с относительной влажностью воздуха не более 60%.

Каустический магнезит получают обжигом природного магне­зита MgC03 в шахтных или вращающихся печах при температуре

750.. .850°С и помолом продукта обжига. При обжиге происходит разложение карбоната магния по реакции: MgC03 = MgO + С02.

Каустический магнезит — быстротвердеющее вяжущее, обла­дающее высокой прочностью при сжатии (до 65 МПа).

Каустический доломит отличается от каустического магнезита пониженным качеством и производится ввиду того, что природ­ные запасы магнезита ограничены. Вяжущее (MgO • СаС03) полу­чают обжигом природного доломита (СаС03 • MgC03) при темпе­ратуре не выше 720… 750 °С, с тем чтобы происходила диссоциа­ция только MgC03, а СаС03 не подвергался бы разложению, ина­че получится доломитовая известь. Примесь инертного СаС03 обус­ловливает понижение прочности каустического доломита по срав­нению с каустическим магнезитом примерно в 2 раза.

Магнезиальные вяжущие вещества затворяются растворами MgCl2, MgS04, FeS04 и др. При затворении одной водой проч­ность их получается низкой, так как в воде MgO практически не растворяется. Растворимость MgO в растворе MgCl2 достаточно высока. Поэтому из пересыщенного раствора MgO в хлористом магнии выделяется практически нерастворимый в воде Mg(OH)2. Параллельно образуется оксихлорид магния 3MgO — MgCl2-6H20.

Магнезиальные вяжущие вещества применяют для изготовле­ния штукатурок, искусственного мрамора, лестничных ступеней. На основе древесных волокон или стружки готовят стеновой ма­териал — фибролит, а на основе мелкого древесного заполнителя (опилок и др.) — материал для бесшовных полов и прессованных половых плиток — ксилолит. В ксилолит добавляют также мине­ральные наполнители: песок, трепел, асбест, тальк и красители (см. подразд. 12.5).

Классификация гипсовых вяжущих веществ. Гипсовые вяжущие вещества подразделяются на низкообжиговые (строительный и тех­нический гипсы) и высокообжиговые (ангидритовый цемент и эстрихгипс).

Строительный гипс получают из минерала гипса CaS04-2H20 и некоторых отходов производства, содержащих CaS04.

Получение строительного гипса включает в себя дробление, сушку, помол и обжиг природного гипса. Применяются большей частью три технологические схемы получения строительного гип­са:

1) дробление —сушка—помол —обжиг;

2) дробление — обжиг — помол;

3) дробление — помол и обжиг в одном аппарате.

Обжиг ведут в варочных котлах, сушильных барабанах, шахт­ных мельницах. При температуре ПО… 180°С отделяется вода и дигидрат переходит в полугидрат:

CaS04 — 2Н20 -» CaSO40,5H2O + 1,5Н20

Установлено существование двух модификаций полугидрата (а и (3), которые отличаются структурой кристаллической решетки (a-кристаллы имеют кубическую форму; (3-кристаллы имеют форму параллелепипедов). Модификация [3, из которой состоит строи­тельный гипс, получается в аппаратах, сообщающихся с атмос­ферой, когда кристаллизационная вода выделяется в виде пара и удаляется в атмосферу. Модификация а образуется при повышен­ном давлении в закрытых аппаратах (автоклавах), когда вода вы­деляется в жидком состоянии и исходный продукт разделяется на две фазы: жидкую и твердую.

В автоклавах получают технический (высокопрочный) гипс, от­личающийся высокой прочностью.

Химические процессы при твердении строительного гипса зак­лючаются в гидратации гипса и превращении его в дигидрат:

CaSO40,5H2O + 1,5Н20 = CaS04-2H20

На эту реакцию требуется 18,6 % воды от массы гипса. Обычно к гипсу добавляют от 50 до 70 % воды, иначе тесто получается слишком жестким. Избыточная вода распределяется в виде мель­чайших частиц в объеме теста, образуя поры.

Приготовленное тесто через несколько минут схватывается (те­ряет пластичность) и начинает набирать прочность (твердеть). До начала схватывания тесто можно перемешивать, укладывать в форму, уплотнять. После наступления схватывания этого делать нельзя, иначе будут разрушены успевшие образоваться, но еще слабые кристаллизационные контакты и прочность гипсового кам­ня будет снижена.

Физические процессы твердения Ле Шателье объяснял следу­ющим образом. Полуводный гипс CaSO40,5H2O при затворении водой растворяется в ней до образования насыщенного раствора с концентрацией около 7,4 г СаО на 1 л воды. Такой раствор для CaS04-2H20 является пересыщенным, так как растворимость дигидрата составляет только 2,05 г СаО на 1 л. Следовательно, дигидрат, образуясь в растворе в результате гидратации полугид — рата, будет выделяться из раствора в виде кристаллов. Образовав­шийся недостаток полугидрата в растворе восполняется растворе­нием оставшегося вяжущего, и концентрация раствора сохраня­ется неизменной (7,4 г СаО на 1 л) до завершения гидратации и полного перехода вяжущего в кристаллы дигидрата. Эти кристал­лы сначала отделены друг от друга тончайшими прослойками насы­щенного раствора дигидрата с концентрацией 2,05 г СаО на 1 л. Дальнейший рост прочности происходит в результате испарения воды и сращивания кристаллов в кристаллический сросток.

Строительный гипс является быстросхватывающимся вяжущим веществом. Начало схватывания наступает через несколько минут (обычно через 2… 10 мин), что вызывает определенные неудоб­ства, так как имеется очень мало времени на перемешивание и использование гипсовых составов. Для замедления схватывания строительного гипса используют добавки виннокислого калия, по — лиалкиламида, солей фосфорной и борной кислот и др.

Отличительной особенностью строительного гипса является увеличение объема теста (до 1 %) при твердении. Благодаря этому гипсовая штукатурка не растрескивается. При увлажнении затвер­девшего гипса его прочность снижается в 2 — 3 раза вследствие частичного растворения дигидрата и разрушения структуры крис­таллического сростка. Изделия из строительного гипса отличают­ся высокой пористостью (40… 50 %) и соответственно низкой теп­лопроводностью.

Водопотребность гипса (количество воды, необходимой для по­лучения теста стандартной густоты) составляет 50…70% от массы гипса. По прочности строительный гипс подразделяется на 12 ма­рок: от Г-2 до Г-25 (число означает гарантированный предел проч­ности, МПа, при сжатии стандартных образцов в возрасте 2 ч).

Применяют строительный гипс главным образом во внутрен­них частях зданий с относительной влажностью воздуха не более 60 %. Для устройства внутренних перегородок, полов, подвесных потолков, а также в качестве сухой штукатурки широко использу­ются гипсокартонные листы (ГКЛ). Для устройства внутренних стен применяются также гипсовые пазогребневые плиты. Строитель­ный гипс используется в гипсовых или известково-гипсовых ра­створах, применяемых для штукатурных работ. Гипсовые раство­ры могут приготавливаться непосредственно на строительных объектах или доставляться на них в виде сухих смесей. Широко используется гипс для изготовления декоративных деталей и от­делочных материалов (например, искусственного мрамора).

Ангидритовый цемент получают обжигом природного гипса при температуре 600… 700 °С с последующим помолом. Он состоит глав­ным образом из безводного CaS04 и является мертвообожженным
гипсом, который схватывается и твердеет только с добавкой ката­лизатора (различных сульфатов, извести, обожженного доломи­та, доменного шлака и др.), который вводится в ангидритовый цемент при помоле.

Водопотребность ангидритового цемента — 30…40%. Порис­тость затвердевшего камня — 30… 35 %, а его прочность достигает 20 МПа и более. Ангидритовый цемент в противоположность стро­ительному гипсу не отличается быстрым схватыванием и практи­чески не увеличивается в объеме при твердении. Являясь воздуш­ным вяжущим веществом, он, тем не менее, обладает более вы­сокой, чем строительный гипс, водостойкостью.

Ангидритовый цемент применяется в строительных растворах в основном для кирпичной кладки и штукатурки.

Эстрих-гипс (гидравлический гипс) получают обжигом природ­ного гипса или ангидрита при температуре 800… 1 000°С и после­дующим помолом продукта обжига. При обжиге эстрих-гипса про­исходит не только получение безводного (мертвообожженного) CaS04, но и частичное разложение сернокислого кальция с обра­зованием свободной извести (СаО), являющейся катализатором твердения подобным добавкам к ангидритовому цементу.

По свойствам эстрих-гипс аналогичен ангидритовому цемен­ту, но отличается от него небольшой усадкой при твердении и более высокой водостойкостью, за что назван гидравлическим гипсом, хотя остается воздушным вяжущим.

Затвердевший эстрих-гипс характеризуется высоким сопротив­лением истиранию, благодаря чему он применяется для изготов­ления набивных (уплотняемых трамбованием) полов.

Испытания гипсовых вяжущих веществ. Определение водопотреб — ности производят с помощью вискозиметра Суттарда (рис. 8.1), в цилиндр которого заливают приготовленное тесто. Цилиндр под­нимают вертикально вверх через 45 с после начала затворения. Нор­мальной считается густота при диаметре лепешки (180 ± 5) мм.

Определение сроков схватывания производят с помощью при­бора Вика (рис. 8.2). Тесто нормальной густоты помещают в коль­цо 5. Иглу 6 прибора доводят до соприкосновения с поверхностью теста и фиксируют стопорным винтом 7 (верхним). Погружение

Рис. 8.1. Вискозиметр Суттарда:

/ — полый металлический цилиндр; 2 —
стеклянная подставка с окружностями
для измерения диаметра образца

Рис. 8.2. Прибор Вика (а) и нако-
нечник укороченной иглы (б):

1 — пестик; 2 — вертикально переме­щающийся стержень; 3 — станина; 4 — подставка кольца; 5 — коническое коль­цо с тестом; б — игла; 7 — стопорный винт стержня; 8 — шкала; 9 — канал для выхода воздуха

иглы производят с интервалом в 30 с, каждый раз — в новое место. Перед погружением иглу тщательно протирают. С наступ­лением начала схватывания игла перестает доходить до дна, с на­ступлением конца схватывания игла погружается в тесто не бо­лее чем на 1 мм.

При определении пределов прочности при изгибе и сжатии на одно испытание вручную го­товят из теста нормальной гус­тоты три образца-балочки раз­мерами 40 х 40 х 160 мм. Уплотня­ют тесто, постукивая пять раз краем формы о стол. Избыток теста срезают линейкой и поверх­ность заглаживают. Через 10…20 мин после конца схватывания образцы освобождают от форм и хранят в помещении для испы­таний.

Испытание образцов-балочек производят в возрасте 2 ч снача­ла на изгиб, а полученные половинки — на сжатие с помощью стандартных пластин с рабочей площадью 25 см2.

Требования к гипсовым вяжущим по прочности, срокам схва­тывания и тонкости помола приведены в табл. 8.1… 8.3.

Пример условного обозначения гипсового вяжущего: Г-25 В III.

8.1. Общие сведения

Вяжущие вещества (В В) подразделяются на органические и минеральные. Объединение их в группу ВВ возможно благодаря единственному общему признаку — и те, и другие используются для получения связующих веществ в композиционных материалах. Больше они не имеют ничего общего. К органическим ВВ относят­ся битумы, дегти, полимеры. Эти вещества правильнее было бы называть связующими, так как многие из них (битумы, дегти, термопластичные полимеры) способны связывать наполнители без добавления других веществ и изменения химического состава, чего нельзя сказать о минеральных ВВ. Органические ВВ классифици­руются обычно по происхождению.

Минеральные ВВ подразделяются на воздушные, требующие су­хих условий твердения, и гидравлические, твердеющие как на воздухе, так и в воде. К воздушным относятся гипсовые и магне­зиальные ВВ, воздушная известь и ВВ на основе жидкого стекла; к гидравлическим — романцемент, гидравлическая известь, порт­ландцемент, его виды и разновидности, глиноземистый и расши­ряющиеся цементы.

Общими классификационными признаками минеральных ВВ являются:

1) порошкообразное состояние;

2) потребность в воде (иногда с добавками) для получения связующего;

3) способность отвердевать в результате химического взаимо­действия с водой (гидратации);

4) единство сырьевой базы (горные породы, отходы производ­ства);

5) единство технологических операций (обжиг, помол).

Стеклокристаллические материалы (СКМ) получают из твер­дого стекла путем управляемой частичной кристаллизации. Благо­даря разнообразной цветовой гамме и текстуре их применяют при отделке зданий и сооружений. Они имеют высокую прочность и долговечность, абсолютно устойчивы к выцветанию, негорючи.

По соотношению между кристаллической и стеклообразной фазами СКМ можно подразделить на две группы. Первую группу составляют авантюриновые стекла, стекломрамор, стеклокристал — лит и стеклокремнезит, в структуре которых преобладает стекло — фаза, а кристаллические образования — мелкие, равномерно рас­пределенные в ней. Вторую группу представляют ситаллы, в том числе шлакоситалл, а также сигран и неопариэс, в которых коли­чество кристаллической фазы (волластонита, анортита, пироксе — нов и др.) составляет более 50…60%.

Авантюриновые стекла — цветные стекла, обладающие эффек­том мерцания за счет мелких кристаллических включений соеди­нений хрома, железа, меди.

Стекломрамор — непрозрачное цветное стекло с мраморовид­ным рисунком.

Стеклокристаллит и стеклокремнезит получают путем спека­ния различных по составу и дисперсности гранул стекла с приме­нением наполнителей, порообразователей и других добавок.

Стеклокремнезит состоит из трех слоев: верхнего (декоратив­ного) — из цветного стекла; среднего (основного) — из глушено­го стекла; нижнего (с повышенной адгезией к цементному ра­створу) — с добавкой к стеклу кварцевого песка.

Ситаллы, известные под названиями «пирокерам» и «фотоке — рам» (США), «витрокерам» (ФРГ), «стеклокерам» (Великобрита­ния), «минельбит» (Венгрия), «девитрокерам» (Япония), по сво­ей природе и технологии получения занимают промежуточное положение между обычным стеклом и керамикой. Они отличают­ся от стекла тем, что имеют микрокристаллическое строение, а от керамики тем, что производятся из расплава сначала в стекло­образном (прозрачном), а затем в закристаллизованном виде.

Процесс кристаллизации обычных стекол является неуправля­емым и приводит к образованию неоднородной крупнокристал­лической структуры, имеющей пониженные прочность и термо­стойкость.

При введении в состав стекол веществ, способных образовы­вать центры (зародыши) кристаллизации (например, фторидов и фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, Ti02, Zr02, FeS и др.), получаются материалы высокого качества с однород­ной микрокристаллической структурой.

Зародышеобразователь (катализатор кристаллизации, или нук- леирующий агент) растворяют в расплаве стекла при температуре выше интервала, в котором происходит заметный рост кристал­лов. При охлаждении расплав переходит в стеклообразное состоя­ние, а катализатор выделяется равномерно по всему объему в виде субмикроскопических образований, которые могут содержать всего несколько атомов, а в 1 мм3 стекла образуются биллионы таких центров кристаллизации. После этого стекло повторно нагревают до определенной температуры и выдерживают в течение време­ни, необходимого для зарождения и роста кристаллов под дей­ствием катализатора.

Некоторые катализаторы (CdS, NaF, NaAlF6, NaSiF6) остаются в растворе при начальном охлаждении стекла, но выделяются в процессе повторного нагревадо нужной температуры. Часто нагрев ведут ступенями с выдержкой на каждой из них. На низшей ступе­ни происходит образование зародышей, а на высшей — развитие основных кристаллических фаз. Температура этого процесса не дол­жна вызывать размягчения стекла, иначе изделия деформируются. Содержание кристаллической фазы в таких материалах составляет 50… 95 %, а размеры кристалликов составляют от 400 А до 2 мкм.

Если кристаллы достаточно крупные (до 1 мкм и более), то стеклокристаллические материалы непрозрачны. При субмикрос­копических размерах кристаллов образуются прозрачные и полу­прозрачные (опаловые) разновидности светлых оттенков.

Прочность и твердость ситаллов значительно выше прочности и твердости исходного стекла, что объясняется наличием в их струк­туре равномерно распределенной по объему микрокристалличе­ской фазы, образующей жесткий каркас и выполняющей функ­цию упрочняющей арматуры. Стеклообразная фаза по аналогии с композиционными материалами играет роль связующего веще­ства. Предел прочности ситаллов при изгибе колеблется от 150 до 500 МПа, а модуль Юнга — от 8,8 ■ 104 до 14 ■ 104 МПа, что в 2 раза выше, чем у стекла.

Шлакоситалл — облицовочный материал из металлургических шлаков в виде листов и плит белого, темно-серого или черного

цвета. Цветные изделия получают нанесением на поверхность шла- коситалла керамических глазурей, закрепляемых обжигом.

Листовой шлакоситалл применяется для наружной и внутрен­ней облицовки стен, устройства полов, а также при производстве слоистых навесных панелей для стен и перегородок.

Сыгран — декоративный материал, напоминающий гранит, мрамор, яшму. Структура сиграна образована стеклофазой с вкрап­лениями сферолитоподобных кристаллических образований раз­мером до 1 см. Получают сигран различного цвета, с различным тоном окраски сферолитов и окружающей их стеклофазы.

Неопариэс (Neoparies и Neoparies-light), созданный в Японии фирмой Nippon Electric Glass, получают из стеклянных гранул размером 1…7 мм волластонитового состава спеканием и после­дующей кристаллизацией. Образующиеся при кристаллизации игольчатые кристаллы волластонита создают мраморовидный ри­сунок, проявляющийся при шлифовке и полировке поверхности изделий. Количество кристаллической фазы в материале составля­ет примерно 40 %. Материал окрашивают в различные цвета.

Пеностекло. Пеностекло получают спеканием тонкомолотого стекла, смешанного с небольшим количеством (1…5%) кокса или карбонатных пород, выделяющих газообразные продукты при температуре размягчения стекла и вспенивающих массу. В качестве сырья могут использоваться стекловидные горные породы (тра­хит, обсидиан, вулканический туф) или стеклянный бой. Тогда в технологическом процессе отсутствуют варка стекломассы и ее грануляция. Температура обжига зависит от состава сырья и со­ставляет обычно 600… 1 000°С. Повышение температуры при об­жиге осуществляется быстро (за 2…3 ч), а охлаждение медленно (до 20 ч). Медленное охлаждение (отжиг) исключает возникнове­ние внутренних напряжений. Охлажденные изделия распиливают и оправляют на циркульных пилах.

Плотность пеностекла составляет 150…700 кг/м3; коэффици­ент теплопроводности — 0,05…0,17 Вт/(м • °С); предел прочности при сжатии — 1… 15 МПа. Пеностекло может иметь значительное водопоглощение (5… 15%), поэтому в конструкциях его гидро — изолируют.

Пеностекло легко обрабатывается, склеивается вяжущими, обладает гвоздимостью. Получают также окрашенное пеностекло (черное, серое, фиолетовое, зеленое, синее), которое использу­ют для декоративно-акустических целей в виде облицовочных плит (иногда перфорированных). Недостатком пеностекла является его высокая стоимость.

Минераловолокнистые утеплители. В строительной практике принято различать минеральную вату, получаемую из шлаков или горных пород, и стекловату. По технологии получения и свой­ствам стеклянная и минеральная ваты имеют много общего. Сы­рьем для производства волокнистых утеплителей служат горные породы, металлургические доменные шлаки и стеклянная ших­та.

К горным породам, используемым при производстве минераль­ной ваты, относятся наименее кислые из магматических горных пород: габбро, диабаз, базальт.

Доменные шлаки являются побочным продуктом при получе­нии чугуна и состоят в основном из силикатов и алюмосиликатов кальция и магния. Их химический состав характеризуется содер­жанием следующих оксидов: CaO, MgO, Si02 А1203, Fe203 и др.

Шлаковую вату получают также из ваграночных, мартеновских шлаков и шлаков цветной металлургии.

Стеклянная шихта состоит из того же сырья, что и шихта для обычного стекла, с добавлением стеклобоя (отходов стекла).

Волокна минеральной ваты обычно имеют длину от 2 до 10 мм, их диаметр не превышает 8 мкм. Содержание неволокнистых вклю­чений (корольков), к которым относятся частицы размером более 0,25 мм, может составлять в зависимости от марки ваты не более

12.. .25 %. Максимальная температура эксплуатации минеральной ваты (без связующего) не должна превышать 600 °С, чтобы не произошло ее размягчения.

Стекловолокно бывает непрерывным и штапельным (длиной до 2 м). Непрерывное стекловолокно используют для получения армирующих наполнителей для пластмасс и других материалов в виде стеклянных нитей, ровингов, стеклотканей, стеклошпона и др. Для текстильной переработки применяют волокна диаметром

3.. .14 мкм. Теплоизоляционные изделия изготавливают преиму­щественно из штапельного стекловолокна, которое в зависимос­ти от диаметра подразделяется на микротонкое (менее 0,5 мкм), ультратонкое (0,5… 1,0 мкм), супертонкое (1…3 мкм), тонкое (3…11 мкм), утолщенное (11…20 мкм) и грубое (более 20 мкм).

Свойства стекловаты немного отличаются от свойств минераль­ной ваты. Стекловата обладает повышенной упругостью и не уплот­няется при вибрации, содержит очень мало неволокнистых включе­ний. Некоторые виды стекломатов при упаковке в рулоны сжимают до 75…40% от исходного объема. После распаковки стекловата благодаря упругости восстанавливает первоначальную толщину. Прочность стекловолокон на растяжение (Rp = 20…25 МПа) выше, чем минеральных, а температуростойкость (450 °С) ниже. Плот­ность и теплопроводность практически такие же, как у мине­ральной ваты.

Переработка расплава в волокно производится различными способами при обязательном условии стеклообразного (не крис­таллического) состояния волокон. Для этого расплав при вытяги­вании волокон подвергают очень быстрому охлаждению в течение (7… 10) 10-4 с. Способность расплава к волокнообразованию оп­ределяется в основном его вязкостью и поверхностным натяже­нием. Высокое поверхностное натяжение расплава способствует образованию корольков — каплевидных включений в минераль­ной вате. Высокая вязкость затрудняет переработку расплава в во­локна.

Оксиды Si02 и А1203 повышают, а CaO, MgO, Fe203 понижают вязкость расплава. Оксиды А1203, Fe203 повышают его поверхност­ное натяжение. Главным критерием при подборе компонентов шихты является модуль кислотности, равный отношению содержа­ния, %, кислотных оксидов к содержанию основных: Мк = (Si02 + + А1203)/(Са0 + MgO). При Мк < 1 сырье называют основным, а при Мк >1 — кислым.

С повышением Мк повышается водостойкость и химическая стойкость минеральной ваты. Минеральная вата Rockwool и Рагос, получаемая из горных пород, имеет Мк> 2. У шлаков Мк = 0,90… 1,16, поэтому к шлакам добавляют корректирующие компоненты. Шла­ковая вата менее долговечна, чем каменная.

Хорошей волокнообразующей способностью расплавы облада­ют при вязкости 5… 20 Па • с. Шлаковое сырье обеспечивает полу­чение указанной вязкости при температуре около 1 400 °С, а гор­ные породы — при температуре около 1 500 °С.

При дутьевом способе получения волокна вытекающая вниз из фильеры (отверстия) струя расплава раздувается на тонкие нити (2… 10 мкм) двумя встречными струями пара или воздуха, на­правленными вниз под углом к струе.

При центробежном способе струя жидкого расплава поступает на быстровращающийся (со скоростью 10 000 мин-1) диск цент­рифуги и под действием центробежной силы сбрасывается с него, распыляясь в волокна.

При центробежно-валковом способе расплав с температурой около 1 400 °С, вытекая из фильеры, проходит через систему го­ризонтальных вращающихся валков. Попадая на край верхнего вал­ка, расплав отбрасывается на расположенный ниже валок — и так несколько раз.

Центробежно-дутьевой способ сочетает в себе центробежное диспергирование расплава с последующим раздувом в волокна.

При центробежно-фильерно-дутьевом способе расплав поступа­ет в чашу вращающейся центрифуги, имеющей большое количе­ство отверстий диаметром 0,2… 2,0 мм. Под действием центробеж­ной силы расплав продавливается через отверстия и отбрасывает­ся в виде тонких струек, которые раздуваются в волокна. При этом способе получают практически бескорольковую вату с диаметром волокон 1 …2 мкм.

Способ раздува первичного волокна позволяет получать штапель­ное стеклянное волокно диаметром 0,2…0,6 мкм. Первичные во­локна вводят вдоль направления движения газового потока (рис. 7.6). Двухсекционная камера сгорания 3 снабжена водоохлаждае­мыми соплами с щелями размером 3×200 мм. Угол между направ­лением оси щели сопла и первичными волокнами составляет 8°. Первичные волокна диаметром 90… 140 мкм вытягиваются со ско­ростью 7,7 см/с валками 9 и подаются в камеру раздува. По мере удаления от сопла температура падает, а вязкость расплава растет. На расстоянии 15 и 40 мм температура составляет соответственно 1430 и 940°С, вязкость — 22,4 и 501 Па-с. Диаметр вторичных волокон зависит от скорости газового потока, скорости подачи и диаметра первичных волокон.

Изделия из минеральной ваты подразделяются на штучные (пли­ты, цилиндры, полуцилиндры, сегменты), рулонные (маты про­шивные и на синтетическом связующем), шнуровые (шнуры, жгуты) и сыпучие (гранулированная вата).

Связующие вещества, применяемые для получения минерало­ватных изделий, — это в основном битумы и синтетические смо­лы. Наиболее широко применяют фенолоформальдегидные и кар­бамидные смолы и поливинилацетатную эмульсию. Более пред­почтительным является фенольное связующее, поскольку карба­мидное связующее обладает меньшей водостойкостью.

Материалы горизонтально-слоистой структуры. Полученные во­локна (см. рис. 7.6), увлекаемые потоком воздуха, прокачиваемого сверху вниз через камеру волокноосаждения 8, оседают на при­емный конвейер 6 и образуют стекловатный ковер 7. При выходе из камеры волокноосаждения слой ваты подпрессовывается вал­ком и закатывается в рулоны либо передается на дальнейшую об­работку.

При изготовлении рулонного материала, мягких и полужест — ких плит связующее 4 наносят на волокна распылением в камере

Рис. 7.6. Схема получения стеклянного
волокна:

1 — электропечь, 2 — рама установки; 3 — камера сгорания; 4 — связующее; 5 — гидро — фобизатор; 6— приемный конвейєр; 7— стек­ловатный ковер; 8 — камера волокноосажде — ния; 9 — механизм вытягивания

волокноосаждения. Для придания минераловатным изделиям водооттал­кивающих свойств их одновременно обрабатывают гидрофобизатором 5, подавая его в камеру волокноосаж­дения.

При получении жестких и твердых минераловатных изделий используют способ пролива, при котором связу­ющее плоской струей подается на минераловатный ковер по всей его ширине. Для проникания свя­зующего в глубь ковра под ним создается вакуум. Излишки связу­ющего отжимаются уплотняющим валком.

Материалы пространственной структуры. Материалы простран­ственной структуры получают мокрым способом, при котором волокна смешивают с раствором или эмульсией связующего, фор­муют минераловатный ковер и подвергают его тепловой обработ­ке. Прочность на сжатие минераловатных изделий возрастает с ростом количества вертикально ориентированных волокон. Этим способом изготавливают плиты повышенной жесткости (ППЖ).

Материалы вертикальной слоистости. Они обладают наиболь­шей прочностью при сжатии, но теплопроводность их на 15… 20 % выше, чем у плит с горизонтальной слоистостью. Способы полу­чения таких материалов основаны на принципе, показанном на рис. 7.7, а. Плиты с горизонтальной слоистостью складывают в пакет и склеивают между собой, а затем разрезают по линии А—А. Материалы гофрированной структуры (рис. 7.7, 6) имеют высо­кую прочность и низкую теплопроводность. Гофрирование осуще­ствляется автоматическим гофрировщиком, устанавливаемым между камерами волокноосаждения и тепловой обработки.

Минераловатные плиты с горизонтальной слоистостью. Мине­раловатные плиты с горизонтальной слоистостью на синтетиче­ском или битумном связующем выпускаются марок 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 225, 250. Марка означает верхний предел сред­ней плотности материала, кг/м3. Теплопроводность составляет 0,044…0,064 Вт/(м К); сжимаемость — от 45 до 3 %. Сжимаемость определяют по формуле

h = (Н- #о)100/#0,

где Я0 и Н — толщина образца при удельной нагрузке соответ­ственно 0,5 и 2,0 кПа.

Плиты выпускаются толщиной 40… 150 мм и размерами до 2х 1 м. Плиты марок выше 175 при условии гидрофобизации можно при­менять в качестве основания под кровельное покрытие без уст­ройства цементной стяжки.

Плиты повышенной жесткости. Их изготавливают только на синтетическом связующем по технологии либо мокрого формова­ния из минераловатной гидромассы с добавкой гидрофобизатора (плиты марки ППЖ-200), либо сухого формования гофрирован­ной структуры (плиты марок ППЖ-ГС-175 и ППЖ-ГС-200). Во­до поглощение этих плит по массе не превышает 30…40 %. Плиты предназначены для теплоизоляции перекрытий и покрытий без устройства стяжки и выравнивающего слоя, однако контакт изде­лий с воздухом должен быть исключен.

Маты минераловатные прошивные и шнуровые материалы. Их изготавливают без применения связующих веществ. Шнуры (жгу­ты) получают путем набивки ваты в оплетку, выполненную из стеклянных или хлопковых нитей. При изготовлении прошивных матов минераловатный ковер обкладывают стеклотканью, стек — лосеткой, асбестовой тканью, бумагой, картоном, металличе­ской сеткой и прошивают стеклянными или хлопковыми нитями. Маты могут изготавливаться и без обкладок. Выпускаются маты марок 75, 100 и 125. Размеры матов: длина —1…6 м; ширина — 0,5… 1,0 м; толщина — 40… 120 мм. Теплопроводность матов — от 0,044 до 0,046 Вт/(м — К); сжимаемость — от 55 до 30 %.

Изготовители и поставщики минераловатных теплоизоляцион­ных материалов: АО «Термостепс», АО «Комат» (г. Ростов), Бо — кинский ЗТМ, Назаровский завод ТИМ, Мальтинский ЗСМ, ЗАО «Минеральная вата» (плиты РУФ БАТТС), АКСИ (г. Челябинск),

Рис. 7.7. Получение структуры с
вертикальной слоистостью:

а — склеивание и разрезание (А—А); б
гофрирование

Пермский ЗТИ и др. Из иностранных производителей широко известна продукция фирм Рагос (Финляндия), Rockwool (Дания) и др.

Стекловатные изделия. Их выпускают в виде плит и матов. Пли­ты для верхнего (защитного) слоя имеют соединение «шпунт— гребень» и ветрозащитную облицовку из нетканого материала, алюминиевой фольги или стеклохолста. Гидрофобизованные из­делия имеют в маркировке букву Г после обозначения плотности. Широко известны изделия фирм ISOVER (Финляндия), URSA («Флайдерер-Чудово», Новгородская обл.) и др.

Каменное литье. Материалы из расплавленных горных пород могут быть плотными, ячеистыми или волокнистыми. Сырьем для них служат диабаз, базальт, сланцы, глины и искусственные сме­си, составленные из песка, известняков, доломитов.

Сырье расплавляют при температуре 1 350… 1 500 °С и заливают в формы, изготовленные из огнеупорной глины. В форму можно закладывать металлическую арматуру. Отлитые изделия подверга­ются кристаллизации при температуре 900…950°С в течение

1,5.. .2,5 ч, а затем медленно охлаждаются. Для получения равно­мерной структуры и ускорения кристаллизации в расплав вводят нуклеирующие (зародышеобразующие) добавки, служащие цент­рами образования кристаллов.

Светлые расплавы можно окрашивать оксидами металлов.

Плотность каменного литья — 2 700… 3 000 кг/м3; предел проч­ности при сжатии — 200…300 МПа. Изделия из каменного литья чрезвычайно стойки к химическим воздействиям, истиранию, мо­розному разрушению. Они применяются для наружной облицовки зданий, дорожных покрытий, получения труб, футеровки мель­ниц, мелящих тел и др.

Шлаковое литье. Для изготовления камней используют шлаки черных и цветных металлов. Лучшими из них являются кислые доменные шлаки. Технология получения изделий из шлаков мало чем отличается от каменного литья. Шлаковое литье используется в виде плит для мощения дорог, тротуаров, полов промышлен­ных зданий, а также применяется в виде специальных антикорро­зионных изделий (плиток, труб и др.). Плотность шлаковых кам­ней — 2700…3 000 кг/м3; предел прочности при сжатии — до 500 МПа.

Облицовочные изделия из стекла. Смальта — это кусочки цвет­ного стекла неправильной формы и небольших размеров (от 1 до 2 см2), применяемые для мозаичных работ. Обычно используют смальты из глушеного стекла, а также золотые и серебряные смаль­ты, получаемые путем горячей запрессовки золотой или серебря­ной фольги между двумя слоями стекла. Верхний слой (канта — рель) — бесцветный или цветной — имеет толщину не более 1 мм, нижний слой — обычно от 3 до 10 мм. Глушеные смальты могут иметь шероховатую или гладкую поверхность. Первые получают спеканием стеклянного порошка, вторые — литьем стекломассы.

Коврово-мозаичные облицовочные плитки представляют собой изделия из цветного глушеного или полуглушеного стекла в виде плиток размерами до 45×45 мм, наклеенных на бумажную основу. Лицевая поверхность плиток — гладкая; тыльная поверхность пли­ток может быть гладкой или рифленой. Эти плитки используются для изготовления орнаментальных и тематических мозаичных панно в интерьерах и на фасадах зданий.

Марблит — плоское, окрашенное в массе глушеное стекло, имеющее полированную, шлифованную или кованую лицевую и рифленую тыльную поверхность и выпускаемое в виде облицо­вочных плиток размерами от 50 х 100 до 200×300 мм или панелей размером до 2 500×4000 мм при толщине 5… 11 мм. Из марблита изготавливают также профилированные элементы, плинтуса и другие строительные детали.

Марблит выпускается самых разнообразных цветов с различ­ной степенью глушения и применяется как для внутренней, так и для наружной облицовки зданий.

Стемалит представляет собой листы из прозрачного стекла, покрытые с одной стороны керамическими легкоплавкими крас­ками, закрепленными на стекле в процессе термической обработ­ки, при которой краски оплавляются и прочно соединяются с поверхностью стекла.

В зависимости от способа термической обработки стемалит может быть отожженным или закаленным. Закаленный стемалит не допускает резки, сверления или какой-либо другой механи­ческой обработки, применяемой при использовании отожженно­го стекла, и поставляется заданной формы и размеров, иногда с крепежными отверстиями.

Эмалированные стеклянные плитки (размерами от 100×150 до 300×300 мм) — изделия, нарезаемые из отходов оконного стекла и покрываемые стекловидной эмалью. Эмаль (в основном титано­вая) в виде шликера наносится на плитки тонким слоем с помо­щью пульверизатора и закрепляется обжигом до плавления эма­ли.

Пленки из стекла. Пленочное стекло (стеклянная фольга) пред­ставляет собой ленту стекла толщиной 1… 100 мкм, получаемую либо вытягиванием непрерывной ленты из расплава через форму­ющее устройство, либо растягиванием листового стекла при его разогреве до температуры размягчения.

Чешуйчатое стекло получается в результате разделения тон­чайшего (от 5 до 1 мкм и менее) пленочного стекла на мелкие кусочки. Чешуйки должны быть настолько тонкими, чтобы они могли легко деформироваться и прилипать друг к другу. Чем тонь­ше пленки или чешуйки стекла, тем выше их прочность и гиб­кость. Их применяют в радиотехнике, оптике, а также при произ­водстве стеклопластиков.