Природные каменные материалы

1) Определения

Природными каменными материаламиследует называть конструкционные материалы, изделия из которых изготовляют механической обработкой горных пород.

Горная порода –природный минеральный агрегат, имеющий эксплуатационные свойства, подходящие для изготовления каких-либо элементов конструкции сооружения, изделия.

Минералы –природные кристаллические вещества с относительно постоянным составом и высоким уровнем свойств: прочности, твёрдости, обрабатываемости, долговечности.

2) Классификация природных каменных материалов

По виду поверхности после механической обработки:

грубообработанные – бутовый камень, щебень, гравий. песок;

точнообработанные – штучный камень и блоки правильной формы для кладки стен и тому подобное;

гладкообработанные – плиты облицовочные, для пола и тому подобное;

профилированные детали – ступени, подоконники, пояски, наличники, колонны.

По способу изготовления изделий:

колотые – тёска широкими (скарпель) и остроконечными (спица) пневматическими долотами и последующая зачистка специальными напильниками (бучарда);

пиленые – рамные пилы, снабжённые твёрдосплавными или алмазными резцами;

фрезерованные – на камнефрезерных станках вращающейся фрезой с твёрдосплавными пластинами;

шлифованные – на станках с вращающимся с большой частотой абразивным кругом из корунда;

полированные – на станках с вращающимся с большой частотой войлочным диском, содержащим тонкие абразивные порошки.

3) Свойства

Физические:

плотность– 1800...3000 кг/м³;

теплопроводность – высокая;

электроизоляционность– высокая;

Химическая стойкость – высокая:

от действия воды, кислот и щелочей не разрушаются;

стойкость к пару и газам –не проницаемы.

Механические:

прочность – на сжатие 10...500 МПа, на растяжение и изгиб 6...10 МПа.

твёрдость – 1...6 единиц по шкале Мооса.

Технологические – обрабатываются алмазным и твёрдосплавным режущим инструментом, шлифуются и полируются абразивными и сверхтвёрдыми материалами.

Эксплуатационные:

морозостойкость – 100...1000 циклов замерзания-оттаивания;

огнестойкость – 700...900 °С.

4) Виды изделий:

бутовый камень – куски неправильной формы размерами не более 500 мм. Бывает объёмный и постелистый (плоский);

щебень – куски дроблёного бутового камня размерами до70 мм и до 150 мм (гидротехнические сооружения);

гравий – окатанные куски камня размером до 70 мм;

песок – мелкие зёрна минералов размером до 5 мм;

штучные камни и блоки для стен – имеют пиленую или фрезерованную поверхность и стандартные размеры: 390*190*188 мм и другие;

облицовочные камни – имеют шлифованную или полированную поверхность и стандартные размеры: от 20*20 мм до500*500 мм и толщину 12...40 мм.

4) Природные каменные материалы применяются при строительстве гидротехнических, промышленных и уникальных архитектурных сооружений.

4.7 Каменное литьё

1) Сущность и достоинства конструкционных материалов из каменного литья

Все природные каменные материалы являются веществами кристаллическими и имеют такое физическое свойство, как температура плавления. После расплавления и медленного остывания по специальной технологии при отверждении каменные материалы улучшают свою структуру и повышают природные свойства, такие как прочность, химическую стойкость и морозостойкость, снижаются хрупкость, водопоглощение и истираемость, которые присущи всем натуральным каменным материалам,. Кроме того, изделию из каменного литья сразу придают требуемую конфигурацию, заливая расплав в литейную форму, что позволяет не производить дальнейшей механической обработки.

2) Сырьё – базальт, диабаз, доломит, известняк.

3) Технология изготовления изделий из каменного литья

Плавление производят в электродуговых печах при температуре 1350...1450 °С. Расплав выливают в металлическую литейную форму, нагретую до 900 °С и выдерживают при этой температуре в течение времени, необходимого для полной кристаллизации отливки, после чего дают медленно остыть (несколько часов) для снятия внутренних напряжений.

4) Свойства

Физические:

плотность– 2700...3000 кг/м³;

теплопроводность – высокая;

электроизоляционность– высокая;

Химическая стойкость – высокая:

от действия воды, кислот и щелочей не разрушается;

стойкость к пару и газам –не проницаемо.

Механические:

прочность – на сжатие 250...500 МПа, на растяжение и изгиб 30...50 МПа.

твёрдость – от 6 до 7 единиц по шкале Мооса.

Технологические – обрабатывается алмазным и твёрдосплавным режущим инструментом, шлифуется и полируется абразивными и сверхтвёрдыми материалами.

Эксплуатационные:

морозостойкость –1000 циклов замерзания-оттаивания;

огнестойкость – 700...900 °С.

5) Литые каменные материалы применяются при строительстве гидротехнических, промышленных и уникальных архитектурных сооружений, где требуются высокие эксплуатационные свойства: прочность, влагонепроницаемость химическая стойкость, сопротивление истиранию, морозоустойчивость, диэлектрические свойства.

Керамика

1) Определения

Керамикойназывают конструкционные материалы, изготовленные из глины путём формования в сыром виде и последующего обжига при 1000 °С для спекания её частиц между собой, и в результате приобретшие свойства камня.

Глазурь – стеклянное прозрачное или цветное покрытие керамики, прошедшей обжиг (придаёт блеск).

Ангоб – глиняное цветное покрытие формованного изделия до обжига (придаёт матовость).

2) Классификация керамических изделий

По назначению:

стеновые – кирпичи и камни (блоки);

кровельные – черепица (плоские рельефные пластины);

облицовочные – покрытая глазурью плитка настенная и напольная;

электроизоляционные изделия – детали розеток, изоляторы;

изделия бытового назначения – покрытые глазурью или ангобами посуда, вазы, сосуды для жидкостей и сыпучих веществ;

санитарно-технические изделия – покрытые глазурью раковины, канализационные трубы и т. п.;

порошковые насыпные материалы – керамзит и аглопорит.

По виду структуры керамического материала:

пористые – у которых водопоглощение более 5 % по массе;

плотные – у которых водопоглощение менее 5 % по массе.

По огнестойкости керамического материала:

легкоплавкие – имеют температуру плавления ниже 1350 °С;

тугоплавкие – имеют температуру плавления 1350...1580 °С;

огнеупорные – имеют температуру плавления свыше 1580 °С.

3) Свойства керамических материалов

Физические:

плотность–1600...1900 кг/м³;

теплопроводность – высокая у плотного, у пористого ниже в 4 раза;

электроизоляционность– высокая;

пористость – объём пор 10...40% общего объёма изделия;

паропроницаемость – высокая у пористого, у плотного ниже в 5 раз;

Химическая стойкость – высокая:

обычные – в воде не растворяются, от действия кислот и щелочей разрушаются;

кислотоупорные от действия кислот и щелочей не разрушаются;

Механические:

прочностьна сжатие – пористые до 30 МПа, плотные до 100 МПа, на изгиб – 5...10 МПа,

твёрдость – пористые 5, плотные 7 единиц по шкале Мооса;

Технологические:

плотная керамика имеет хорошую обрабатываемость резанием (пиление алмазным инструментом, точение твёрдыми сплавами);

пористая керамика имеет хрупкость (ломается ударным инструментом).

Эксплуатационные:

морозостойкость – пористые – 15...50, плотные – 50...100 циклов замерзания-оттаивания;

огнестойкость – пористые – 900 °С, плотные – 1500...1700 °С.

Бетоны

1) Определения

Бетонная смесь –вязкийкомпозиционный материал, изготовляемый перемешиванием портландцемента, песка, щебня и воды в определённых пропорциях, имеющий способность отвердеть по истечении времени.

Бетонное изделие – продукт отверждения бетонной смеси, залитой в литейную форму или изготовляемой (замешиваемой) сразу в литейной форме.

Бетон –отвердевший из бетонной смеси композиционный конструкционный материал, из которого изготовлено бетонное изделие.

Портландцемент –тонкийтёмно-серый порошок из веществ, смесь которых имеет возможность отвердеть в смеси с водой по истечении времени, используемый в качестве вяжущего вещества для замешивания бетонной смеси.

2) Классификации бетонов

По виду заполнителей:

на плотных;

на пористых;

на специальных (для придания особых свойств).

По величине объёмной массы:

особо тяжёлые – более 2500 кг/м³ (заполнители: магнезит, барит, чугунный скрап);

тяжёлые – 2200...2500 кг/м³ (заполнители: песок, гравий, щебень);

облегчённые – 1800...2200 кг/м³ (заполнители: песок, гравий, щебень с добавкой керамзита);

лёгкие – 500...1800 кг/м³ (заполнители: песок, керамзит);

особо лёгкие (газо- и пенобетон) – менее 500 кг/м³ (заполнители: тонкодисперсный песок, газы или пена в порах).

3) Свойства

Физические:

объёмная масса – 250...5000кг/м³;

теплопроводность – высокая у плотного, у пористого ниже в 4 раза;

электроизоляционность– высокая;

пористость – объём пор 10...40% общего объёма изделия;

водопоглощение – у плотного 10...20% по объёму, у пористого выше до 4,5 раз;

Химическая стойкость – высокая:

обычные – в воде не растворяются, от действия кислот и щелочей разрушаются;

кислотоупорные от действия кислот и щелочей не разрушаются;

Механические:

прочностьна сжатие – пористые до 5 МПа, плотные до 80 МПа, на изгиб – 5...7 МПа,

твёрдость – плотные 5 единиц по шкале Мооса;

Технологические:

хорошая обрабатываемость резанием (пиление твёрдыми сплавами);

высокаяхрупкость (ломается ударным инструментом).

Эксплуатационные:

морозостойкость – 25...1000 циклов замерзания-оттаивания (самая высокая у особолёгких);

огнестойкость – тяжёлые 900 °С, жаростойкие до 1700 °С.

4) Состав бетонной смеси обозначают в виде расхода материалов на 1 м³ уплотнённой смеси. Например: портландцемента – 300 кг, мелкого заполнителя (песка) – 600 кг, крупного заполнителя (щебня или гравия) – 1200 кг, воды – 180 кг. Итого: вес 1 м³ бетонной смеси – 2280 кг.

5) Применение различных видов бетонов

Особо тяжёлые – специальные бетоны: огнеупорные (футеровка печей), кислотоупорные (промышленные и канализационные сооружения), морозоустойчивые (сооружения в районах крайнего севера). Марки: М400; М500; М600; М800; М900; М1000.

Тяжёлые, облегчённые – в строительстве промышленных и жилых сооружений. Марки: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350.

Лёгкие, особолёгкие – для утепления жилых и других строительных сооружений. Марки: М15; М25; М30; М35.

Обозначение марки: М – марка бетона по прочности на сжатие, число – прочность на сжатие в кг/см² (для перевода в МПа следует умножить на 10^-1).

Стекло

1) Определения

Стекломназывают конструкционные материалы, обладающие оптическими свойствами: светопропускание, светоотражение, рассеивание света.

Оптика –раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществами.

Оптический –зрительно воспринимаемый человеком результат распространения света.

2) Классификации стекла как конструкционного материала

По химическому составу:

кварцевое ( SiO₂ – 99%);

силикатное (SiO₂ –75%; Na2O – 15%; CaO – 10%);

термостойкое (SiO₂ – 80%; MgO – 0,5%; CaO – 10%).

По назначению:

строительное – листовое оконное, витринное, стеклоблоки, облицовочное, профильное, армированное;

техническое – полированное, закалённое, эмалированное;

специальное – пропускает ультрафиолетовые лучи, с высокой термо- и химической стойкостью, изменяет силу светового потока, поглощает отдельные части светового спектра;

тарно-бытовое – посуда, ёмкости для хранения жидкостей.

3) Свойства стекла (минимальные числовые значения свойств – для неспециальных видов стекла)

Физические:

цвет –для большей прозрачности стекло изготовляют бесцветным, для окрашивания при варке в массу добавляют оксиды металлов (хром – зелёный, медь – красный, кобальт – синий, серебро – жёлтый);

плотность– 2500...6000 кг/м³;

теплопроводность – низкая;

электроизоляционность– высокая;

температура плавления – конкретная величина отсутствует, так как стекло является веществом аморфным.

Химические:

стойкость к кислотам – не разрушается от действия кислот (кроме плавиковой и фосфорной);

стойкость к воде и щелочам – высокая (процесс разрушения идёт очень медленно);

стойкость к пару и газам –практически не проницаемы.

Механические:

прочностьна сжатие – 700...1000 МПа, на растяжение – 35...85 МПа, на изгиб – 50...150 МПа, на ударный изгиб – 0,2 МПа;

твёрдость – 5-7 единиц по шкале Мооса;

хрупкость – у неспециальных видов стекла чрезвычайно высока. Её обусловливает кристаллический стеклообразующий компонент SiO₂.

Технологические:

все виды стекла имеют хорошую обрабатываемость резанием (пиление алмазным инструментом, точение твёрдыми сплавами, абразивное шлифование и полирование);

все виды стекла поддаются формованию (пластическому деформированию) при температуре 800...1000 °С.

4) Виды специального стекла:

отражающее – для уменьшения нагрева солнечными лучами. Бывает двух типов: «под золото» и «под серебро», в дневное время изнутри прозрачно;

«увиолевое» – пропускает ультрафиолетовые лучи (до 75%);

теплопоглощающее – задерживает 70...75% инфракрасных лучей, что в 2-3 раза выше, чем у обычного стекла;

закалённое– имеет в 5-7 раз более высокую прочность на изгиб и ударный изгиб, чем обычное. Термообработка закаливанием производится быстрым охлаждением потоком воздуха после нагрева до 540...650 °С. При разрушении оно рассыпается на мелкие кубические кусочки;

армированное – внутри листового стекла находится металлическая сетка, удерживающая осколки от разлетания;

ламинированное– находящийся внутри листового стекла слой полимерной плёнки (триплекс), обеспечивает удержание осколков от разлетания, два слоя плёнки между тремя слоями стекла обеспечивают пуленепробиваемость.

5) Виды изделий из стекла:

листовое оконное– толщина 2,0 – 6,0 мм марки М1 до М5;

листовое витринное – толщина 8 – 12 мм, марки М6 до М8 (чем больше число в марке, тем выше прочность);

пустотелые блоки – размеры 190*190*80 мм и 190*190*100 мм, хорошо рассеивают свет, сохраняют тепло и задерживают звук, имеют различный цвет;

стеклянные трубы – диаметр 40 – 150 мм, длина 1500 – 3000 мм, имеют высокую химическую стойкость;

различные виды рельефного стекла –фары, изоляторы и тому подобное.