Лекции_строительные материалы и конструкции

применяемые для придания соответствующего цвета. По происхождению их делят на природные и искусственные.

Наполнители – это белые минеральные порошки, добавляемые к пигментам для удешевления и для понижения яркости и густоты окраски. Наполнители повышают твердость красочной пленки, экономят связующее. В качестве наполнителей применяют мел, каолин, тальк, ангидрит, диатомит.

Связующие вещества(пленкообразователи) – это компоненты,

обладающие клеящей способностью и обеспечивающие образование непроницаемой пленки, сцепляющейся с основанием, а также равномерное распределение пигмента и наполнителя по окрашиваемой поверхности.

Затворители – это жидкие компоненты, придающие красочным составам необходимую подвижность и вязкость. Связующее и затворитель могут быть различными, но могут и совпадать.

7.2.Пигменты

7.2.1.Пигменты природные

Природные пигменты применяют в составах для наружных и внутренних работ.

Мел молотый – порода белого цвета, состоящая из углекислого кальция. Светощелочестойкий, не ядовитый пигмент, применяемый в клеевых, известковых, эмульсионных составах.

Охра сухая – состоит из порошка глины с содержанием оксидов железа 10…25 %. Применяется в масляных, летучесмоляных, клеевых, силикатных, известковых, эмульсионных красках. Цветжелтый.

Железный сурик – красно-коричневый пигмент, продукт помола железных руд (гематита, красного железняка). Содержит 63…73 % оксидов железа. Применяют во всех видах красок.

Мумия естественная сухая – пигмент кирпично-красного цвета. Состоит из глины с содержание м оксидов железа 26-60 %.

Графит – чисый углерод черного цвета, темно-серого цвета. Применяют в масляных и клеевых красках.

Перекись марганца – марганцевая руда пиролюзит. Это пигмент черного цвета, применяется для всех видов красок.

7.2.2. Пигменты минеральные искусственные

91

Белила титановые – белый пигмент TiO2 – один из лучших белых пигментов применяется в масляных, эмульсионных, летучесмоляных красках. Свето-, щелочестоек, не ядовит.

Белила цинковые – ZnO, свето-, щелочестойкий не ядовитый пигмент со средней атмосферостойкостью. Применяют во всех видах красок для внутренних работ.

Литопон – щелочестойкий малоядовитый белый пигмент ZnS+BaSO4. Имеет малую свето-, атмосферостойкость. Применяют для внутренних работ. Не применяют в эмалях. Нельзя смешивать со свинцовыми и медными пигментами.

Белила свинцовые – основной углекичслый свинец 2PbCO3Pb(OH)2. Применяют в масляных и летучесмоляных составах. Свето-,

атмосферостоек, щелочестойкость низкая, сильно ядовит, поэтому его не применяют для внутренних работ.

Оксид хрома – зеленый свето-, щелочестойкий не ядовитый пигмент Cr2O3. Применяется в любых красках.

Медянка – пигмент зеленого цвета представляет собой уксуснокислую соль меди Cu(CH3COO)Cu(OH)25H2O. Пигмент обладает антикоррозионными свойствами, довит. Применяется для пигментирования масляных красок. На свету приобретает трявянистый оттенок, чернеет в сернистых газах, поэтому медянку не следует смешивать с сернистыми и цинковыми пигментами, например, с литопоном.

Сажа газовая – чистый углерод, пигмент черного цвета. Применяют в масляных и летучесмоляных красках для всех видов работ.

Свинцовый сурик – яркий пигмент 2PbOPbO2 Применяют для антикоррозионной защиты для наружных работ. Пигмент ядовит, свето- и щелочестоек.

7.3. Свойства лакокрасочных материалов

Укрывистостью, или кроющей способностью лакокрасочного состава, называется способность красочного состава закрывать цвет окрашиваемой поверхности непрозрачным слоем. Укрывистость измеряется расходом материала в г на 1 м2 окрашиваемой поверхности. Расчет укрывистости У производят по формуле:

У = 1000g , г/см2,

S

где g - количество нанесенной краски малярной консистенции, г;

92

S - окрашенная площадь пластинки, см2.

Маслоемкость пигмента определяется расходом льняного масла в г для получения красочной пасты из 100 г испытуемого пигмента. Маслоемкость является важным техническим свойством пигмента и в основном зависит от степени его измельчения. Чем меньше масла требует пигмент для получения красочной пасты, тем экономичнее и долговечнее слой краски. Маслоемкость М пигмента вычисляется по формуле

М = 100Vм м , %, mп

где Vм - объем масла, мл; м - плотность льняного масла, равная 0,936 г/см3; mп – масса пигмента, г.

Высыханием лакокрасочного покрытия называется процесс превращения тонкого слоя жидкого лакокрасочного состава в затвердевшую пленку. Время высыхания - это промежуток времени, в течение которого достигается определенная степень высыхания. Степень высыхания характеризует состояние поверхности лакокрасочного материла, нанесенного на основу через заданный промежуток времени и при нормируемой температуре сушки. В качестве основы для нанесения лакокрасочного состава применяют стеклянные или пластинки из черной жести. Различают 7 степеней высыхания.

В зависимости от проверяемой степени высыхания применяется соответствующая схема испытания (табл. 7.1) .

93

эмалевые, вододисперсионные, на основе минеральных вяжущих, водно-клеевые составы.

Вкачестве связующего вещества в летучесмоляных красочных составах применяют растворы синтетических смол в органических растворителях. Растворы синтетических смол в органических растворителях представляют собой самостоятельные прозрачные отделочные покрытия – лаки. Летучесмоляные краски, содержащие повышенное количество синтетических смол, и имеющие хороший блеск и розлив называют эмалями. Они представляют собой суспензии пигмента в лаке. Маркировка летучесмоляных красок назначается по видам синтетических смол, составляющих основу связующего: АС – алкидно-акриловые, АЦ – ацетилцеллюлозные, ГФ – глифталевые, КЧ - каучуковые, КО – кремнийорганические, МЛ – меламиновые, НЦ – нитроцеллюлозные, ВА – винилацетатные, АК – акриловые, ПФ – пентафталевые, ХС – на основе винилхлоридного сополимера, ХП – на основе хлорированного полиэтилена. В качестве разбавителе применяются органические растворители. Это наиболее распространенная и универсальная группа современных лакокрасочных составов. В зависимости от вида связующего и рецептуры они применяются для наружных и внутренних работ при окраске по различным поверхностям - дереву, штукатурке, металлу и пр. К числу наиболее часто употребляемых составов относят алкидные краски (пентафталевые и глифталевы), а также акриловые.

Вмасляных красках в качестве связующего применяют олифы. Олифы получают методом термической обработки растительных масел,

приобретающих при этом способность сравнительно быстро образовывать пленку на окрашиваемой поверхности вследствие окисления кислородом воздуха. Различают натуральные, полунатуральные и искусственные олифы. Натуральные олифы получают варкой льняного или конопляного масел при температуре не выше 200°С. Полунатуральные олифы получают полимеризацией и окислением продувкой воздуха растительных масел при термической обработке. Для придания вязким продуктам термообработки рабочей консистенции их разбавляют органическими растворителями. В полунатуральных олифах содержится не менее 30 % органических растворителей. Это наиболее часто употребляемая группа олиф. В зависимости от состава и технологии получения различают олифы полимеризованные, олифы оксоль и оксоль-смесь. Искусственные олифы не содержат растительных масел или содержат их не более 35 %. К синтетическим олифам относится глифталевая содержащая добавку

95

растительных масел, а также синтоловая – продукт окисления керосина кислородом воздуха и введения органического растворителя. Для ускорения процесса высыхания олиф применяют сиккативы. Наиболее долговечную и атмосферостойкую пленку образуют натуральные олифы. Масляные краски в зависимости от вида олифы и вида пигмента могут применяться для наружных и внутренних работ по дереву, загрунтованной штукатурной поверхности, металлу. Для разбавления масляных красок до рабочей консистенции применяют как олифу, так и органические растворители: сольвент, уайт-спирит. Масляные краски маркируют буквенными символами МА.

Вводоклеевых красочных составах в качестве пленкообразователя применяют животные (мездровый, костный, казеиновый), растительные (декстрин, крахмал) или синтетические клеи. Водоклеевые составы не отличаются высоким качеством и долговечностью и в настоящее время имеют ограниченное применение при производстве побелочных работ стен и потолков по бетонным и штукатурным поверхностям неответственных объектов. Разбавляются водой.

Вкачестве связующих красок на основе неорганических вяжущих используют минеральные вяжущие вещества: воздушную известь, калиевое жидкое стекло, белый портландцемент. К ним относят водоизвестковые краски, силикатные и цементные краски. Они используются для окраски в основном каменных и оштукатуренных поверхностей. Разбавляются до рабочей консистенции водой. В силу невысоких технических характеристик в настоящее время применяются

встроительстве ограниченно.

Вододисперсионные (эмульсионные) краски представляют собой систему из дисперсионной полимерной фазы, равномерно распределенной в воде, выполняющей функцию дисперсионной среды. При нанесении на поверхность вода испаряется или впитывается основанием, а тонкодисперсные частицы полимера объединяясь образуют на поверхности пористую газопроницаемую матовую пленку. Вододисперсионные краски разбавляют до рабочей консистенции водой. Вододисперсионные краски изготавливают на основе поливинилацетатного, бутадиенситольного и акрилатного полимеров. Наиболее распространены высококачественные акрилатные вододисперсионные краски для наружных (фасадных) и внутренних работ для окраски оштукатуренных стен, перегородок и потолков. Краски можно колеровать. Водостойкие вододисперсионные краски можно промывать водой.

96

7.5. Лаки

Лаки получают диспергированием природных или синтетических смол в летучих растворителях. Спиртовые лаки представляют собой растворы смол в спирте. Их используют для отделки деревянных и металлических поверхностей.

Смоляные лаки получают на основе органических растворителей. Полиэфирный смоляной лак применяют для отделки паркета, ДСП. Для лакировки деталей из цветных металлов и дерева применяют алкидный лак. Нитроцеллюлозный лак также изготавливают на основе органических растворителей. Он быстро высыхает и при этом образует глянцевую пленку, применяется по дереву. Масляно-смоляные лаки кроме органического растворителя содержат добавки растительных масел, повышающих эластичность и долговечность лаков.

8.МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

8.1.Общие сведения о металлах и сплавах

Все металлы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение. В отличие от аморфных веществ, внутреннее строение которых характеризуются ближним порядком, для кристаллического строения присущ дальний порядок, предполагающий геометрически правильное чередование частиц в пространстве. По определению кристаллом является твердое тело, ограниченное плоскими гранями, пересекающимися под определенными углами. Форма кристаллов характеризуется не столько соотношением сторон, сколько двугранными углами между смежными гранями. Различные формы кристаллов можно систематизировать, изучая их геометрию и симметрию. Внешняя форма кристалла является отображением его внутренней структуры, созданной взаимным расположением частиц в пространстве. Внутреннее строение кристаллов отражает кристаллическая решетка - система атомов определенным образом расположенных в пространстве. Первичный элемент кристаллической решетки – элементарная ячейка представляет собой геометрическую фигуру из материальных частиц, определенным образом расположенных в пространстве. Каждая частица (атом, ион), входящая в элементарную ячейку, одновременно принадлежит окружающим ее элементарным ячейкам.

97

образуют цинк, магний, берилий и др. (рис. 1, в). Металлические кристаллы отличаются от остальных кристаллов высокой пластичностью, электрической проводимостью и теплопроводностью, что обусловлено наличием металлической связи между атомами металлов. Металлическая связь образуется за счет перекрытия внешних орбиталей атомов металлов. Электроны переходят в состояние проводимости и могут принадлежать всем атомам кристалла. Мигрирующие обобщенные электроны образуют ненаправленную связь

98

координационные числа (8…12), свидетельствующие о высокой плотности упаковки атомов.

Некоторые металлы обладают полиморфизмом: в различных условиях они могут образовывать кристаллы различной формы. Так, например, железо при остывании из расплава испытывает ряд полиморфных превращений. В интервале температур от 1539 °С до 1392 °С железо существует в виде высокотемпературной δ-модификации (Fеδ) с кристаллической решеткой в виде объемно-центрированного куба. При температуре 1392 °С происходит перекристаллизация железа. Оно переходит в модификацию Fеγ, приобретая гранецентрированную кубическую решетку. При температуре ниже 911 °С Fеγ вновь испытывает полиморфное превращение переходя в Fе , с объемно-

центрированной кубической кристаллической решеткой (ОЦК). При температуре ниже 768 °С Fе переходит в Fеα. При этом изменяются

параметры кристаллической решетки ОЦК и железо начинает проявлять магнитные свойства.

Кроме железа, свойством полиморфизма обладают и другие металлы, например, марганец, кобальт, олово. Кристаллическое строение сплавов более сложное в сравнении с чистыми металлами. Сплавы в твердом состоянии могут образовывать механические смеси,

химические соединения или твердые растворы. Механические смеси характеризуются отсутствием химического взаимодействия или взаимного растворения компонентов. Их кристаллическое строение характеризуется присутствием кристаллических решеток обоих компонентов сплава. В химическом соединении компоненты сплава в строгом соотношении по массе вступают в химическое взаимодействие. При этом образуется новая кристаллическая решетка. В твердых растворах компоненты сплава взаимно растворяются друг в друге в интервалах концентраций.

Кристаллическое строение твердых растворов определяется типом кристаллической решетки компонента сплава, который выполняет функцию растворителя. Различают два основных вида твердых растворов - замещения и внедрения (рис. 2). В твердых растворах замещения атомы растворенного компонента замещают отдельные атомы растворителя в узлах кристаллической решетки (рис.2.б). располагаясь в междоузлиях (рис.2, в).

99

Рис. 2. Кристаллические решетки:

а– чистого металла; б – твердого раствора замещения;

в– твердого раствора внедрения

При затвердевании расплава металла вначале образуются мельчайшие кристаллы правильной формы, затем, по мере охлаждения,они увеличиваются в размерах и срастаются между собой в виде деформированных (неправильной внешней формы) кристаллов. Кристаллы неправильной формы называют зернами. Зерно представляет собой комплекс одинаково ориентированных кристаллических решеток. Соседние зерна отличаются различной ориентацией кристаллических решеток. Они повернуты друг относительно друга на десятки градусов.

Кристаллические решетки зерна могут иметь различные несовершенства. Несовершенства кристаллических решеток в виде точечных и линейных дефектов и состояние границ зерен в металлах влияют на свойства металлов. К точечным дефектам относят вакансии, межузловые и примесные атомы. Точечные дефекты возникают за счет смещения отдельных частиц в кристалле с их мест с образованием вакансии и атома в междоузлии. Равновесная концентрация вакансий зависит от энергии образования пары вакансия – атом в междоузлии и температуры. Количество точечных дефектов понижается в процессе отдыха металла. Вакансии в кристалле перемещаются, т.к. их место может быть занято соседними атомами. Примесные атомы могут быть случайными и специально введенными для придания сплаву требуемых свойств. В местах расположения примесных атомов, а также дислоцированных атомов, оказавшихся в междоузлиях, кристаллическая решетка будет упруго искаженной. Даже при незначительной концентрации точечных дефектов они могут вызвать значительные изменения физических свойств кристалла.

К линейным дефектам относят цепочки вакансий и дислоцированных атомов (линейные и винтовые дислокации).

100