43) Процессы, происходящие при обжиге и сушке глин.

При сушке – высыхании глиняное тесто отвердевает, силы капиллярного давления стягивают ч-цы, препятствуя их разъединению.

При обжиге- испаряется вода; выгорают орган в-ва; при t=450-600˚С происходит дегидратация минералов, в частности калионита, после этого при t=700-800˚С идет разложение безводного калионита на отдельные окиси, и при темп > 900˚С обр-ся новый минерал – муллит, который придает обожженной глине (керам изд) водостойкость, прочность, термическую стокойкость. С образованием этого минерала глина становится камнем; расплавляется легкоплавкие составляющие глин, цементируя и упрочняя материал. Обжиг пористой керамики обычно ведется при t= 950-1000˚С. Дальнейшее повышение t˚C интенсифицирует образование жидкой фазы, которая не только цементирует, но и уплотняет керамический материал. В результате получается изделие с плотным черепком, которое имеет малое водопоглощение.

44) Общие схемы производства керамических изделий.

4 этапа: 1) При хранении на открытом воздухе глина намокает и вымораживается, после этого нарушается ее природная структура.2) Мех. обработка глиняной массы, выделяются каменистые включения; масса гомогенизируется, при грубом дроблении и тонком измельчении достигаются

нужные формовочные св-ва при совместном смешивании с добавками. 3) Формование изделия: -пластическое форм-ие; - полусухое прессование; - метод литья. При полусухом глину дробят, подсушивают, затем измельчают, и при влажности 8-12% подают на формовании. Формование ведут на гидравлических/механических прессах при давлении 40 МПа. При пласт-ом ф-ии: выдавливание глиняной массы из ленточного пресса. При литьевом: изготавливают изделия толщиной =2 мм. 4) Сушка, обжиг: Сушка – в тоннельных/каменных печах до влажности <5% при t=150C удаляется гидроскопическая влага, и частицы материала сближаются, т.е. происходит воздушная усадка. При обжиге сначала идет досушивание кирпича, а потом и сам обжиг, MAX t=950-1000˚С; при этой t˚C идет спекание массы, образуется расплав, который и цементирует керамический материал. При большом кол-ве расплава изделие теряет форму, образуется пережог. Если процесс спекания не прошел, то образуется керамическая масса – недожог. Имеет алый цвет, прочность снижена, менее водостоек и морозостоек.

45) СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ. (Кирпич – К).

По плотности и теплотехнич. св-вам керамич. К и камни для стен делят на 3 группы: первая – эффективные плотностью не более 1400–1450 кг/мі с высокими теплозащитными св-вами; вторая – условно-эффективные плотностью 1450–1600 кг/мі; третья – обыкновенный К плотностью свыше 1600 кг/мі.

Сплошной керамич. К имеет размер 250*120*65 мм прямые ребра, четкие грани и ровные лицевые пов-ти; искривление ребер и граней не должно превышать 3 мм. Модульный К имеет размер 250*120*88 мм и выпускается с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного К была не более 4 кг. Отклонения от размеров не должны превышать установленных величин.

К не должен иметь механич. повреждений и сквозных трещин. На одном К допускается не свыше двух отбитостей ребер и углов размером по длине ребра не более 15 мм. На отдельных К может быть допущена одна сквозная трещина протяженностью не более 30 мм по ширине К. К должен быть нормально обожжен. После обжига К должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного К. Не допускаются известковые включения (дутики), вызывающие разрушение К.

В зависимости от предела прочности при сжатии К делят на марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Плотность сплошного К 1600–1900 кг/мі, теплопроводность 0,7–0,82 Вт/(м*˚С). Водопоглощение выше марки 150 должно быть не менее 6%, др. марок не менее 8%. Морозостойкость не менее 15 циклов; предусмотрены и более высокие марки: Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50.

Наружные стены из сплошного К имеют надлежащие термич. сопротивления при сравнительно большой толщине: 2–2,5 К или 52–64 см. Стены получаются тяжелыми – масса 1 мІ стены составляет 800–1100 кг. Применение пустотелых керамич. изд-й позволяет уменьшить толщину наружных стен и снизить мат-лоемкость ограждающих конструкций на 20 – 30 %, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание. Пустотелый К и керамич. камни изготовляют из легкоплавких глин или глино-трепельных смесей с выгорающими добавками и без них.

К и камни из диатомитов и трепелов выпускают сплошными и пустотелыми. В зависимости от плотности их подразделяют на три класса: класс А – 700 -1000 кг/мі, класс Б – 1001-1300 кг/мі, класс В – свыше 1300 кг/мі. К и камни из диатомитов и трепелов применяют для кладки наружных и внутр. стен зданий.

К-ные панели наружных стен выпускают трех-, двух- и однослойные. Трехслойная панель состоит из двух К-ных наружных слоев каждый толщиной 65 мм; в середине укладывают слой утеплителя толщиной 100 мм (минераловатные плиты т.п.). Общая толщина трехслойной панели вместе с внутр. и наружной облицовкой 280 мм. Двухслойная панель состоит из одного слоя в Ѕ К (его толщина 120 мм) и слоя утеплителя (толщиной 120 мм). Однослойные панели изготовляют из крупных многопустотных или мелких щелевых камней.

Керамич. панели армируют сварными каркасами по периметру панели и оконных проемов. Применяют цементный р-р не ниже марки 75 с консистенцией по погружению стандартного конуса 9–11см. Тепловая обработка позволяет получить готовые панели через 10–14 часов. Монтаж стен из керамич. панелей занимает на 40 % меньше времени, чем К-ная кладка, а суммарные трудовые затраты сокращаются против кладки из К примерно в 2 раза.

46) ПОНЯТИЕ О СТЕКЛООБРАЗНОМ СОСТОЯНИИ. (Стекло – Ст).

Ст-ом называют аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их хим. состава и t-ной области затвердевания, обладающие в рез-те постеп-го увелич. вязкости механич. св-вами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого сост. в ст-образное долж. быть обратимым. Для ст-видного сост. хар-но наличие небольших участков правильной упорядоч. стр-ры, отсутствие правильной простр-ной решетки, изотропность св-в, отсутствие опред. t плавл. В стр-ре Ст есть микрокристаллич. образования – кристаллиты. Они обладают во внутр. части сравнительно нормальной кристаллич. решеткой, состоящей из групп тетраэдров SiO₄, но по мере приближения к периферии их стр-ра становится все менее упорядоченной, и прослойки между кристаллитами обладают уже аморфным строением. В силикатных ст-х катионы металла помещаются между отрицат. заряж. тетраэдрами SiO_4, не нарушая стр-ры силикатного каркаса.

Ст-образное сост. является менее устойчивым по сравнению с кристаллич. и обладает избыточным запасом внутр. энергии, поэтому возможен самопроизвольный переход лишь из ст-образного сост. в кристаллич., сопровождающийся выделением небольшого кол-ва теплоты. Благодаря своей стр-ре Ст обладает рядом специфич. св-в, к кот-ым относятся прозрачность, хрупкость, высокая стойкость к атмосферным воздействиям, чувствительность к резким изменениям t. Этот мат-ал непроницаем для воды и воздуха, обладает низкой теплопроводностью.

Светопропуск. измеряют коэф. пропускания ζ=I/I₀, где I – светов. энергия, прошедшая через данный мат-л; I₀ – светов. энергия, вошедшая в данный мат-л, лм*с. Светопропуск оконного Ст 90–92 %, профильного 84–86 %, ст-блоков 82–85 %.

Светопропуск. зависит не только от вида Ст, но и от угла падения светов. лучей. Поскольку Ст поглощает всего лишь около 2 % светов. лучей, то основной причиной снижения светопропуск. является отражение лучей. Плотность листового Ст составляет 2,5 г/смі, армированного до 2,6 г/смі. Обладая значительной плотностью, Ст хорошо проводит звук. Усредненный коэф. звукоизоляции ст-пакетов зависит как от расстояния между ст-ми, так и от толщины Ст. Теплопроводность обычного Ст при t до 100˚С составляет 0,4–0,82 Вт/ (м* ˚С). Малой теплопроводностью обладают Ст, содержащие большое кол-во щелочных оксидов. Пеност, являющееся теплоизоляционным мат-лом, имеет теплопроводность 0,045–0,058 Вт/ (м* ˚С).

Теплоемкость Ст определяется их хим. составом. При комнатной t их теплоемкость составляет 0,63–1,05 кДж/ (кг* ˚С).

На термич. расширение Ст также влияет хим. состав. Наиболее низкий t-ный коэф. линейного расширения кварц. Ст 5,8*10^-7 ˚С^-1, обычн строит-ных Ст (9*10^-6–15*10^-6) ˚С^-1. Термостойкость Ст зависит от t- ного коэф. линейного расширения.

Вследствие малой теплопроводности при нагревании или охлаждении Ст может возникнуть большой t-ный градиент ∆ t, обусловливающий большие растягивающие напряж., кот-е приводят к растрескиванию Ст.

t-ный градиент изменяется в зависимости от толщины мат-ла и его теплопроводности. Поэтому термостойкость Ст зависит и от толщины изд-й. Для повышения термостойкости прибегают к корректированию состава Ст (например, путем введения бора); при этом t-ный коэф. линейного расширения резко уменьшается. Наиболее термостойко кварц. Ст.

Наибольше влияние на электропровод. оказывает содержание в них оксида лития: чем больше его в составе Ст, тем выше электропровод. Понижают электропровод. оксиды двухвалентных металлов (больше всего ВаО), а также SiO₂ и B₂O₃. Следует учитывать пов-тную проводимость Ст, кот-ую обусловливает пленка, образующаяся на пов-ти Ст в рез-те гидролиза силикатов. Эта пленка поглощает значит. кол-во влаги и вызывает повыш. активность Ст.

Ст поддается механич. обработке. В пластичном сост. при 800–1000˚С Ст поддается формованию.

Теоретич. прочность при растяжении для обычного оконного Ст 6500–8000 МПа. Фактич. прочность меньше вследствие микродефектов и составляет 30–90 МПа.

Ст обладает высокой прочностью на сжатие (700–1000 МПа), иногда до 1250 МПа, плохо сопротивляется удару, т.е. оно хрупко; прочность при ударном изгибе составляет всего около 0,2МПа. Твердость его равна 5-7 по шкале твердости.

У Ст отсутствуют пластич. деформации, Ст подчиняется закону Гука вплоть до момента хрупкого разрушения. Модуль упругости 70000–75000 МПа, модуль сдвига 20000–30000 МПа, коэф. Пуассона 0,25.

47) ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТЕКОЛ.

Основное сырье для изготовления Ст – кварц. песок, известняк, сода, сульфат натрия. Высококач. стекольные белые пески содержат немного примесей, в частности оксида железа, придающего Ст зеленоватую окраску. В стекольную шихту вводят соду, сульфат натрия, поташ, кот-е понижают t варки и ускоряют процесс ст-образования. При варке смеси чистого песка SiO₂ и соды Na₂CO₃ образуется полупрозрачная ст-образная масса Na₂ SiO₃, растворяющаяся в воде («растворимое Ст»). Благодаря введению в шихту CaO в виде известняка CaCO₃ или доломита Ст становится нер-римым в воде.

1 ЭТАП. Силикатообразование. Из шихты испаряется влага, шихта обезвоживается, обезвоживаются гидраты. Термически разлагаются некоторые соли, при t=300–400˚С происходит вз-ие карбонатов и сульфатов с образованием двойных солей и легкоплавких эфтектиков. При дальнейшем повышении t в р-ию вступают песок и глиноземистые мат-лы с образованием силикатов. Одновременно появляется расплав, кот-ый интенсифицирует вз-ие компонентов. При 800˚С вз-ие компонентов заканчивается, выделение газов при этом прекращается, за счет жидкой фазы, образующейся при плавлении соды и эфтектических примесей, происходит спекание шихты. 2 ЭТАП. Ст-образование. При повышении t˚С происходит плавление массы, зерна кварца и силикаты р-ряются в расплаве. К концу стадии ст-образования (1150–1200˚С) масса становится прозрачной, но неоднородной по составу. 3 ЭТАП. Осветление. Дегазация заканчивается при 1400–1500˚С; к ее концу ст-масса освобождается от газовых включений, свилей и становится однородной. 4 ЭТАП. Гомогенезация. На этой стадии ст-масса перемешивается или выдерживается в печах с барботированием. T=1400–1500˚С. 5 ЭТАП. Для достижения необходимой для формования рабочей вязкости t массы снижают на 200–300˚С. Вязкость ст-массы зависит от химич. состава: оксиды SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂ повышают вязкость, Na₂O, CaO, Li₂O понижают ее.

Переход из жидкого сост. в ст-образное явл-ся обратимым. При длительном нахождении на воздухе и нагрев. Некот. Ст обычная для них аморфная стр-ра может переходить в кристаллич.; это явл-е назв. расстекловыванием («заруханием»).

Строительное силикатное стекло имеет следующий примерный химический состав, %, по массе: SiO₂ – 71-73; Na₂O – 13-15; CaO – 8-10, 5; MgO – 1-4; Al₂O₃ – 0,5-1; Fe₂O₃ – 0,1; K₂O до 1; SO₃ – 0,3-0,7.

В процессе изготовления в Ст вводят соед., придающие ему спец. св-ва. Глинозем Al₂O₃, вводимый в шихту в виде каолина и полевого шпата, повышает механич. прочность, а также термич. и химич. стойкость Ст. При замене части диоксида кремния борным ангидридом В₂O₃ повышается скорость ст-варения, улучшается осветление и уменьшается склонность к кристаллизации. Оксид свинца PbO, вводимый, главным образом, при изготовлении оптического Ст и хрусталя, повышает показатель светопреломления. Оксид цинка ZnO понижает t-ный коэф. линейного расширения Ст, благодаря чему повышается его термич. стойкость.

Вспомогательные сырьевые мат-лы делят по своему назначению на след. гр.: осветлители – в-ва, способствующие удалению из ст-массы газовых пузырей (сульфат натрия, плавиковый шпат); обесцвечиватели – в-ва, обесцвечивающие стекольную массу; глушители – в-ва, делающие Ст непрозрачным.

48) СИТАЛЛЫ И ШЛАКОСИТАЛЛЫ. (Сит и ШСит).

Сит, или ст-кристаллич. мат-лы, получают путем контролируемой кристаллизации силикатного расплава, заканчивающейся образованием микрокристаллич. частиц, равномерно распредел. в Ст. Средн. размер кристаллов в сит 1–2 мкм, в то время как толщина прослойки из Ст не превышает десятых долей микрона. Анизотропия в сит отсутствует.

Сит отличаются от керамики значительно меньшими размерами кристаллов, а от стекол тем, что имеют поликристаллич. строение. Благодаря этому сит, сохраняя положит. св-ва Ст, лишены его недостатков: хрупкости, малой прочности при изгибе, низкой термостойкости.

Для изготовления сит используют те же исходные компоненты, что и для Ст, а также спец. добавки – катализаторы (cat) кристаллизации (соед. титана, лития, циркония и др.). Однако при производстве сит предъявляются повышенные требования в отношении чистоты сырья и соблюдения установленного технологич. режима.

Получение сит включает след. технологич. операции. Шихта, содержащая cat, подвергается плавлению, при этом cat кристаллизации р-ряется в расплавленном Ст. Из расплава формируется изд-е. Затем изд-е охлаждается до t выделения микроскопических частиц cat-а , кот-я обычно превышает t отжига Ст. На этой стадии производится выдержка для образования max кол-ва частиц cat-а. На след. стадии термообработки изд-е нагревают до t, соответствующей max скорости образования и роста кристаллов сит, и выдерживают при этой t до возможно более полного завершения кристаллизации. Наконец, ситалловое изд-е охлаждают до комнатной t. Регулируя режимы термообработки, можно изменить степень кристаллизации, размеры кристаллов, что отражается на св-вах изд-я.

Сит обладают благоприятным сочетанием многих важных св-в: влаго- и газонепроницаемостью, высокой t размягчения, хорошими диэлектрич. св-вами.

Сит обладают высокой стойкостью к действию сильных кислот (кроме плавиковой) и щелочей. Значительная механич. прочность, а также химич. стойкость способствует применению ситалловых изд-й в химич. и в нефтехимич. пром-сти. Термостойкость изделий из сит составляет 200–700˚С, а иногда и 1100˚С.

Высокие термомеханич. св-ва предопределяют использование сит изд-й в спец. областях строит-ва: для изготовления деталей, сохраняющих стабильные размеры при изменениях t˚С. Трубы из сит применяют для изготовления теплообменников.

Для получения ШСит в расплавленный шлак вводят корректирующие добавки и добавки- cat, ускоряющие кристаллизацию шлаков. В качестве кристаллизаторов используют чаще всего TiO₂, P₂O₅, CaF₂, сульфаты тяжелых металлов Fe и Mn в кол-ве 4–5%. При охлаждении огненно-жидкого шлака происходит выделение тонкодисперсных частичек cat, кот-е являются зародышами кристаллизации расплава. Отформованное из расплава изд-е подвергают термообработке.

Плотность ШСит 2500–2650 кг/мі, предел прочности при сжатии 500–650 МПа, при изгибе 90–130 МПа, модуль упругости 11*10⁴ МПа, рабочая t до 750˚С, t размягчения около 950˚С, Водопоглощение практически равно нулю.

По внешнему виду ШСит представляют собой плотный, тонкозернистый, непрозрачный мат-л. Из ШСит изготовляют дешевые и высококач. изделия, с высокой долговечностью и используемые в жилищном и пром-ном строит-ве для устр-ва лестничных ступеней, плиток для полов, подоконников, внутр. перегородок. Волнистые и плоский листовой ШСит можно применять как кровельный и стеновой мат-лы. Шсит применяют для облицовки ответственных частей гидросооружений, в дорожном строит-ве в качестве плит для тротуаров, дорожных покрытий, бортовых камней. Листовой ШСит можно использовать и как декоративно-отделочный мат-л для наружной и внутр. облицовки различных сооружений.

Вспененный ШСит (пеноШСит) имеет ячеистую стр-ру, как и пеност, но отлич. от него своим строением. ПеноШСит явл-ся эффективн. теплоизоляц. мат-лом, поскольку он обладает незначит. водопоглощением и малой гигроскопичностью. Его используют для утепл. стен и перекрытий, а также для звукоизоляции помещений. Изд-я из пеноШСит могут работать при t до 750˚С, поэтому их применяют также для изоляции трубопроводов теплотрассы и пром-ных печей.