Контрольная работа по курсу «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

В зависимости от двух основных параметров, определяющих физико-технические  характеристики и назначение керамической плитки, - водопоглощения и способа ее формировки- плитку делят на несколько классов. К группе А относиться керамическая плитка, полученная экструзией, а к группе В - прессованная плитка. Группа I - это наиболее прочная напольная плитка, а группа III - пористая настенная плитка. 
 Отформованные глиняные заготовки подвергают сушке в специальных сушильных установках с подачей горячего воздуха. На данном этапе из заготовок удаляется вода, необходимая для формовки, но совершенно лишняя для высокотемпературного обжига. С просушенной плитки удаляют пыль.  Следующий технологический этап имеет место только в случае производства глазурованной плитки. Это изготовление глазури и нанесение ее на высушенную глиняную заготовку. Высушенная заготовка смачивается водой и покрывается веществом белого цвета - ангобом, обеспечивающим хорошее сцепление глазури с основой. Глазурь изготавливается из смеси различных минералов и химических соединений, среди которых каолин, кварцевый песок, фритты, различные окислы и красящие пигменты. Указанные материалы наносятся либо в измельченном виде в процессе формовки, либо в гранулированном виде на раскаленный корпус отформованной плитки. Позже, после высокотемпературного обжига и охлаждения, на поверхности керамического изделия образуется стекловидная масса. 

Для нанесения глазури  используются различные виды оборудования, которые входят в состав сложных полностью автоматизированных линий. Каждый слой многослойной глазури закрепляется фиксажем. По окончанию глазурования плитка обрабатывается специальным материалом, повышающим ее износостойкость. Готовая плитка еще раз просушивается и после этого подвергается обжигу. О процедуре обжига керамической плитки следует поговорить подробнее. Дело в том, что от него зависят многие технические характеристики плитки, а значит, и ее назначение. Обжиг керамики производиться при высоких температурах. По ходу обжига температура постепенно повышается с 60 до 1000- 1250 гр. по С и даже более (в зависимости от типа изделия). На начальном этапе из плитки испаряется вода и выгорают органические примеси. По мере повышения температуры происходит спекание частиц глиняной массы, благодаря которому она приобретает иные химические свойства и структуру. После нагрева до максимальной температуры плитка резко охлаждается. И если обжиг происходил с нарушением, то охлажденная керамическая плитка теряет цвет и легко разрушается. От температуры и продолжительности обжига напрямую зависит степень пористости керамической плитки, а значит, и ее технические параметры. До конца 70-х годов прошлого века обжиг керамики производили в туннельных печах непрерывного действия на протяжении 12-24 часов. По мере продвижения плитки по туннелю она сначала нагревалась до нужной температуры, а затем последовательно охлаждалась, и на выходе из печи имела безопасную температуру. В последние 10-15 лет туннельные печи почти повсеместно вытеснили печи быстрого обжига, в которых обжиг керамической плитки продолжается всего 40-70 минут. Обжиг керамической плитки может быть одинарным или двойным. Одинарный обжиг используется при изготовлении как глазурованной, так и неглазурованной плитки. Двойной обжиг характерен только для глазурованной плитки. В редких случаях предусмотрен и третий обжиг (при нанесении некоторых видов орнамента).  Двойной обжиг (бикоттура) является более древней технологией производства плитки, покрытой глазурью. На протяжении многих веков керамическую плитку получали в процессе двукратного обжига: сначала обжигали глиняные заготовки, затем наносили на них глазурь и производили повторный обжиг. То есть, при двойном обжиге глазурь наноситься на уже обоженую плитку. Из-за продолжительного воздействия высоких температур глина становилась пористой и, как следствие, недостаточно прочной, не говоря уже о больших энергетических и трудовых затратах. Такая плитка не очень-то подходила для создания напольных покрытий и наружной облицовки. Сегодня плитка одинарного обжига, которая может быть глазурованной или неглазурованной, используется, как правило, только для отделки внутренних, так и наружных стен. 

Технология одинарного обжига (монокоттура) изначально задумывалась с целью создания водостойкой и высокопрочной плитки для пола, но в результате стала использоваться для производства большей части керамической продукции, вытеснив технологию двойного обжига. При одинарном обжиге глиняная масса спекается одновременно с глазурью (в случае изготовления глазурованной плитки).  Плитка, прошедшая разное количество обжигов, обладает разными характеристиками. Плитка двойного обжига отличается более пористой структурой, а следовательно, имеет низкие прочностные и морозостойкие характеристики. Поэтому ее используют только для отделки внутренних стен в сухих помещениях. Монокоттура имеет более высокую плотность и вес. Ее лицевая поверхность всегда покрыта глазурью, чаще всего матовой. Некоторые плитки одинарного обжига совсем не поглощают воду и отличаются повышенной морозостойкостью, поэтому ее иногда используют в наружных облицовочных работах.  Из-за исключительных эксплуатационных характеристик одинарного обжига первое время существенно потеснила старые добрые виды керамической плитки, получаемые двойным обжигом (майолику, фаянс, коттофорте), но в 80-х годах 20 столетия технология двойного обжига была усовершенствована. Появился так называемый быстрый двукратный обжиг в специальных быстро нагревающихся печах, позволивший возродить производство плитки двойного обжига. 
 Обратите внимание ещё на одну деталь: количество обжигов существенно влияет на стоимость керамической плитки. Плитка, подвергшаяся двойному обжигу, как правило, стоит дороже монокоттуры, так как на ее изготовление затрачено больше электроэнергии. Сразу же после обжига керамическая плитка проходит испытание на прочность. Ее подвергают давлению 38-40 кг/см².  Заключительный этап изготовления керамической плитки - сортировка. В некоторых случаях ему предшествует специальная обработка поверхности плитки (полировка, лощение и т.п.). Сама сортировка преследует сразу несколько целей : 

-обнаружение некачественных  плиток (брака); 

- отделение плитки  высшего сорта от плитки более  низких сортов; 

- группировка плитки  каждого сорта по цвету (тону) и размеру (калибру) .

4. Методы защиты природных каменных материалов от разрушения.

Разрушение каменных материалов может происходить под  действием воды как растворителя. Особенно активно действует на карбонатные породы вода, содержащая углекислоту, сернистые и другие кислотные соединения.

Каменные материалы  разрушаются также при переменном действии воды и мороза. Если горная порода состоит из нескольких минералов, то разрушение ее может происходить от изменения температуры, вследствие того что коэффициент линейного расширения разных минералов не одинаков.

Горные породы разрушаются  также от воздействия органических кислот. Частицы пыли неорганического и органического происхождения, являющиеся бытовыми или промышленными отходами города, оседают на поверхности и в порах камня; при смачивании их водой возникают бактериологические процессы с зарождением микроорганизмов, которые разрушают камень за счет образования органических кислот. Скорость разрушения горной породы зависит также от качества и структуры ее, выражающихся в наличии микротрещин, микрослоистости и размокающих и растворимых веществ.

Для защиты каменных материалов от разрушения необходимо прежде всего предотвратить проникновение воды и ее растворов в глубину материала, для этого применяют так называемое флюатирование. При обработке известняка флюатами (например, кремнефтористым магнием) образуются нерастворимые в воде соли, которые закрывают поры в камне и тем повышают его водонепроницаемость и атмосферостойкость.

От воздействия углекислоты и образования сульфатов облицовочные камни предохраняют путем пропитки их на глубину до 1 см горячим льняным маслом. Для предохранения от проникновения воды поверхность камня покрывают слоем раствора воска в скипидаре, парафина, в легком нефтяном дистилляте или каменноугольном дегте. Защищают каменные материалы от разрушения также конструктивными мерами, например путем образования хорошего стока воды с поверхности камня, придания камню гладкой поверхности и т.д.

5. Глиноземистый цемент.

Глинозёмистый цемент, быстротвердеющее гидравлическое вяжущее вещество; продукт тонкого измельчения клинкера, получаемого обжигом (до плавления или спекания) сырьевой смеси, состоящей из бокситов и известняков. Обжиг и плавление сырьевой смеси производят в доменных, электрических, вращающихся печах или в вагранках. По содержанию Al₂O₃ в готовом продукте различают обычный Г. ц. (до 55%) и высокоглинозёмистый цемент (до 70%). температура плавления сырьевой шихты обычного Г. ц. 1450—1480 °С, высокоглинозёмистого цемента — 1700—1750 °С.

Глинозёмистый цемент характеризуется быстрым нарастанием прочности, высокой экзотермией при твердении, повышенной стойкостью против коррозии в сульфатных средах и высокой огнеупорностью. По сравнению с портландцементом глинозёмистый цемент обеспечивает получение бетонов и растворов большей плотности и водонепроницаемости.

Получение. Сырьем для глиноземистого цемента служат, как уже было сказано, бокситы и чистые известняки. Бокситы — горная порода, состоящая из гидратов глинозема (А1203 * лН20) и примесей (в основном Fe203, Si02, СаО и др.). Бокситы широко используются в различных отраслях промышленности: для получения алюминия, абразивов, огнеупоров, адсорбентов и т. п., а месторождений с высоким содержанием А1203 очень немного.

Производство глиноземистого цемента более энергоемко, чем  производство портландцемента. Клинкер  глиноземистого цемента получают либо плавлением в электрических или доменных печах (при 1500…1600 °С), либо спеканием (при 1200…1300 °С). Размол клинкера затруднен из-за его высокой твердости. В целом из-за того, что производство глиноземистого цемента очень энергоемко, а сырье (бокситы) — дефицитно, его стоимость в 8… 10 раз выше, чем стоимость портландцемента.

Состав. Химический состав глиноземистого цемента, получаемого разными методами, находится в следующих пределах: СаО — 35…45 %; А1203 – 30…50 %; Fe203 – 0…15 %; Si02 – 5…15 %. В минеральном составе клинкера глиноземистых цементов преобладает однокальциевый алюминат СаО * А1203 (СА), определяющий основные свойства этого вяжущего. Кроме того, в нем присутствуют: алюминаты — СА2, С12А7; двухкальциевый силикат C2S, отличающийся, как известно, медленным твердением, и в качестве неизбежной балластной примеси алюмосиликат кальция — геленит — 2СаО * А1203 * 2Si02, не способный к твердению.

Твердение. Процесс твердения глиноземистого цемента и прочность образующегося цементного камня существенно зависят от температуры твердения. При нормальной температуре (до + 25 °С) основной минерал цемента СА взаимодействует с водой с образованием кристаллического гидроалюмината кальция и гидроксида алюминия в виде гелевидной массы:

2(СаО * А1203) + 11Н20 = 2СаО * А1203 * 8Н20 + 2А1(ОН)3

Суммарное тепловыделение (Q) у глиноземистого цемента немного  ниже, чем у портландцемента (около 300…400 кДж/кг), но протекает оно в  очень короткие сроки (в первые сутки  выделяется 70…80 % от общего количества теплоты). Поэтому в случае больших объемов бетонирования возможен перегрев бетонов на глиноземистом цементе.

Если же температура  твердеющего глиноземистого цемента  превысит 25…30 °С, то изменяется химизм твердения, и вместо С2АН8 образуется С3АН6; при этом прочность цементного камня будет ниже в 2…2,5 раза.

Поэтому глиноземистый  цемент не рекомендуется использовать для бетонирования массивных  конструкций, где возможен саморазогрев бетона, а также в условиях жаркого  климата. Нельзя также его пропаривать. При работах в зимних условиях, напротив, саморазогрев и быстрое твердение делают глиноземистый цемент очень перспективным.

Свойства. У глиноземистого цемента удивительное сочетание свойств. Сроки схватывания почти такие же, как у портландцемента: начало — не ранее 30 мин, конец — не позднее 12 ч (реально 4…5 ч).

Твердение. После окончания  схватывания прочность нарастает  очень быстро (лавинообразно). Уже  через сутки глиноземистый цемент набирает до 70 % от марочной прочности, которая у него определяется в 3-суточном возрасте. Марки у глиноземистого цемента такие же, как у портландцемента: 400; 500 и 600.

Усадка глиноземистого цемента при твердении на воздухе  ниже, чем у портландцемента, в 3…5 раз. Пористость цементного камня также  ниже (приблизительно в 1,5 раза). Это связано с тем, что при одинаковой с портландцементом водопотребности глиноземистый цемент при твердении химически связывает 30…45 % воды от массы цемента (портландцемент — около 20%).

Среда в процессе твердения  и в затвердевшем цементном камне  у глиноземистого цемента слабощелочная. Свободного Са(ОН)2 цементный камень не содержит. Это обстоятельство в сочетании с пониженной пористостью делает бетоны на глиноземистом цементе более устойчивыми к коррозии в пресной и минерализованной воде.

Области применения. Глиноземистый цемент целесообразно использовать при аварийных и срочных работах, при зимних работах и в тех случаях, когда от бетона требуется высокая водостойкость и водонепроницаемость. Кроме того, глиноземистый цемент является компонентом многих расширяющихся цементов.

Специальная область  использования глиноземистых цементов — жаростойкие бетоны. Объясняется  это тем, что, во-первых, в продуктах  твердения этого цемента нет  Са(ОН)2, и, во-вторых, при температуре 700…800 СС между продуктами твердения цемента и заполнителями бетона начинаются реакции в твердой фазе, по мере протекания которых прочность бетона не падает, а повышается, так как бетон превращается в керамический материал (опасность присутствия Са(ОН)2 заключается в том, что при нагреве он переходит в СаО, который при любом контакте с водой гасится, разрушая при этом бетон).

 

 

 

 

СПИСОК  ИСПОЛЬЗУЕМОЙ  ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.И.Горчаков, Ю.М.Баженов. Строительные материалы: Учеб. для вузов. – М.: Стройиздат, 1986.
2. И.А.Рыбьев. Строительное материаловедение: Учеб. пособие для строит. спец. Вузов. – М.: Высш. шк., 2003.
3. К.Н. Попов, К.Н. Каддо. Строительные материалы и изделия: Учеб. – М.: Высш. шк., 2002.
4. А.Г. Комар. Строительные материалы и изделия: Учеб. для инж.-экон. спец. строит. вузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 1988.