Свойства природных каменных материалов.

Свойства природных каменных материалов определяются, в первую очередь, свойствами той горной породы, из которой их получают. Качество горной породы зависит от происхождения (генезиса), минералогического состава, строения (структуры), сложения (текстуры) и степени выветривания. Обширное разнообразие структур и текстур горных пород вызывает такое же разнообразие — Строительно-технических свойств каменных материалов. Изучение этих свойств имеет важное значение при оценке горной породы как сырья для получения каменных материалов, а также и для определения качества самих каменных материалов и степени их пригодности для строительства. Качество горных пород и каменных материалов из них, применяемых в дорожном и мостовом строительстве, определяется путем изучения :

физических свойств -горной породы, к которым относятся плотность, объемная насыпная масса, пористость, влажность, водонасыщаемость, морозостойкость, цементирующая способность, теплопроводность, звукопроводность и пр.;

механических свойств — прочности при сжатии, разрыве, дроблении, ударной нагрузке (вязкость), сопротивления истиранию, износу и др.;

соответствия формы-, размеров и качества обработки каменных материалов (щебня, шашки, брусчатки, бортового и бутового камня) заданным стандартами или инструкциями. Свойства каменных материалов определяются в лабораториях по образцам средней пробы, а также по результатам наблюдения за поведением материала на опытных участках. Изучая методы испытания каменных материалов и их результаты, всегда следует иметь в виду, что они до некоторой степени условны и не всегда могут правильно указать о возможном поведении материала в деле. Для объективного изучения свойств материалов требуется точное выполнение испытаний, накопление большого количества данных по испытаниям, изучение и анализ этих данных и, наконец, сличение их с уже известной практикой поведения материала в деле. Несовершенство методов определения свойств материалов, неряшливость в определениях и разрозненность показателей приводят к ошибочным выводам о качестве материала. Умение точно определять свойства материалов особенно важно при использовании для строительства местных, малоизвестных каменных материалов.

7.Керамические материалы. Сырье для производства керамических материалов.

Сырьевую массу для изготовления керамических изделий обычно составляют из пластичных материалов (глины, каолины) и непластичных материалов (отощающих и выгорающих добавок/плавней). Глины и каолины объединяют общим названием — глинистые материалы. В производстве некоторых искусственных обжиговых материалов используют диатомиты, трепелы, а также шлаки, золы, сланцы в чистом виде или с добавкой глин, порообразующих и других добавок.

Глинистые материалы -и их керамические свойства.  Глины представляют собой осадочные горные породы тонкоземлистого' строения, которые независимо от их минерального и химического состава способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное кам-невидное тело. Образовавшись в результате выветривания главным образом полевошпатовых пород, глины состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. Наиболее распространенными из них являются каолинитовые (каолинит Al2Cv2SiO2-2H2O и галлуазит Al2O3-2SiCv4H2O), монтмориллонитовые (монтмориллонит Al2Cv4SiC>2* • fiH2O, бейделлит A]2O3-3SiO2-rtH2O) и гидрослюдистые (в основном продукты разной степени гидратации слюд).

Наряду с глинообразующими минералами в глинах встречаются: кварцы, полевой шпат, серный колчедан, гидроксиды железа, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия, органические примеси. Перечисленные примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонко распределенный углекислый кальций и оксиды железа понижают огнеупорность глин. Если в.глине имеются крупные зерна углекислого кальция, то при обжиге из них образуются включения извести, которые гидратиру-ют с увеличением объема («дутики»), что вызывает образование трещин или разрушение изделий.

Наиболее чистые глины, состоящие преимущественно из каолинита, называют каолинами; после обжига они сохраняют белый цвет.

Бентонитами -называют высокодисперсные породы с преобладающим содержанием монтмориллонита.

В состав глин входят различные по крупности зерна, но характерные для глин высокие пластичность и связующая способность обусловлены наличием в них очень мелких частиц пластинчатой формы, размер которых не превышает 0,005 мм. Эти частицы называют глинистым веществом. Малая величина частиц и, следовательно, большая суммарная поверхность, а также их пластинчатая форма обеспечивают сцепление частиц и позволяют им сдвигаться относительно друг друга без потери сцепления. Чем больше в глине содержится глинистого вещества, тем она пластичнее. Высокопластичные глины содержат частиц менее 0,005 мм—80...90%. В большинстве глин имеются и более крупные частицы, не обладающие свойством пластичности. При величине зерен 0,005...0,05 мм их относят к пыли, а при размерах 0,05... 2 мм — к песку.

Керамические свойства глин -характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность — способность глиняного теста деформироваться под влиянием внешних механических воздействий без нарушения сплошности (без разрыва или образования трещин) и сохранять полученную форму после прекращения этих воздействий. На этом свойстве и основана возможность формования изделий.

При смачивании сухой глины молекулы воды (диполи) втягиваются между чешуйчатыми частицами глинистых минералов (3.1) и адсорбируются на их поверхности, образуя тонкие слои воды и вызывая набухание глины. Эти слои воды играют роль смазки, облегчающей скольжение, поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формующуюся пластичную массу. Чем пластичнее глины, тем больше они требуют воды для получения удобоформуемого глиняного теста и тем выше их воздушная усадка. Высокопластичные глины имеют во-допотребность более 28 % и воздушную усадку 1О...15.%. Глины средней пластичности характеризуются водопо-требностыо 20...28 % и воздушной усадкой 7...10%. У малопластичных глин водопотребность менее 20 %, а воздушная усадка 5...7 %.

Изделия из весьма пластичных глин при высыхании сильно уменьшаются в объеме и дают трещины, что в производстве недопустимо. Малопластичные (тощие) глины (/7л<7) неудобны в работе, так как тесто из таких глин с трудом формуется, поэтому нередко приходится регулировать пластичность глины. Излишняя пластичность глин может быть устранена путем введения в них непластичных (отощающих) добавок или добавлением малопластичных глин. При недостаточной пластичности глину отмучивают, освобождая ее от песка, подвергают вылеживанию на открытом воздухе, измельчают на специальных машинах, обрабатывают паром, вакуумнруют, а также добавляют пластичную глину. В результате повышается дисперсность глин, улучшается их набухаемость и повышаются пластичность и формовочная способность.

Связность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Как уже указывалось, связность глин обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.

Связующая способность глины, выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие — сырец.

Воздушная усадка (усушка) глин —уменьшение размеров и объема сырцового изделия. В процессе сушки вода испаряется, толщина водных оболочек вокруг глинистых частиц сокращается и отдельные частицы глины сближаются между собой, в результате чего происходит воздушная усадка. Воздушную усадку выражают в процентах от первоначального размера сырцового изделия.

Огневая усадка глин — изменение размеров и объема''при обжиге изделия. При обжиге наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в состояние жидкости, которая обволакивает нерасплавившиеся частицы и частично заполняет промежутки между ними. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывают сближение твердых частиц обжигаемой глины и объем ее уменьшается, т.е. происходит огневая усадка. При большом содержании в глине кварцевого песка может не быть усадки или даже произойдет расширение материала, что связано с переходом кварца при нагревании в другую кристаллическую форму с увеличением объема. Огневая усадка глин может быть 2...6%. Полной усадкой глин называют сумму воздушной и огневой усадок. Полная усадка обычно составляет 5...18%. Для получения изделий с заданными размерами полную усадку учитывают при формовании, соответственно увеличивая размеры сырца.

Огнеупорность — свойство глин выдерживать действие высокой температуры без деформации. Глины вследствие неоднородности состава не имеют определенной температуры плавления. При действии высоких температур они размягчаются и постепенно деформируются. По огнеупорности различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580 °С), тугоплавкие (1350...1580 °С) и легкоплавкие (ниже 1350 °С).

К огнеупорным относятся каолинитовые глины, содержащие мало примесей. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий. Тугоплавкие глины содержат оксицы железа, кварцевый песок и другие примеси в значительно большем количестве, чем огнеупорные. Их применяют для производства тугоплавкого, облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и канализационных труб. Легкоплавкие глины наиболее разнообразны по минеральному составу, содержат значительное количество примесей. Их используют в производстве кирпича, черепицы, легких заполнителей и т. д.

8. Стекло и стеклокерамические материалы. Классификация. Изделия из стекла.

Стеклокерамические материалы — имеют пулевую пористость в отличие от большинства керамических изделий, спрессованных обычными методами. Высокая плотность стеклокерамики объясняется тем, что в процессе кристаллизации стекло может течь, залечивая тем самым поры, возникающие при изменении объема. 

В последнее время созданы новые стеклокерамические материалы - ситаллы. 

Перечислим наиболее важные свойства стеклокерамических материалов. Ситаллы ( стеклокерамика) - новые стеклокерамические материалы па основе стекла, отличающиеся от последнего кристаллической структурой, подобной керамической, но с более мелкими ( от долей до 1 - 2 мкм) кристаллами и более плотной их упаковкой, исключающей какую-либо пористость материала. Отформованные изделия подвергают специальной термической обработке для образования мелкокристаллической плотной структуры, характерной для ситаллов.

При химической обработке стекол и стеклокерамических материалов для инициирования кристаллизации широко применяют облучение.

Это, вероятно, связано с тем, что имеющиеся в стеклокерамических материалах кристаллы ограничивают размер возможных дефектов, и это понижает скорость распространения трещин. Кроме того, стеклокерамические вещества обычно отличаются повышенной по сравнению с обычными стеклами устойчивостью к истиранию.

В последние годы растворы, особенно гелеобразующие, широко используются для получения стекла,стеклокерамических материалов и покрытий. 

Интегральные схемы на некристаллической ( изоляционной) подложке, создаваемые обычно из стекла илистеклокерамического материала путем послойного нанесения одна на другую пленок различных материалов с одновременным формированием из них микродеталей и их соединений ( пленочные интегральные схемы), создаются в результате развития вакуумных методов нанесения тонкопленочных покрытий. 

Размер частиц кристаллической фазы в ситаллах обычно не превышает 1 мкм, в отличие от многихкерамических и стеклокерамических материалов с грубодисперсными включениями. Другие наименования для си-таллов: закристаллизованное, или нуклеированное, стекло; стеклокерамика; стеклофарфор; квазикерам; витрокерам, а для отдельных видов - фотоситалл, шлакоситалл, шлакокерам. 

Несмотря на то что этот же показатель для ДФ в 2 - 3 раза выше, стекло указанного состава образует с нимнаиболее стойкий стеклокерамический материал. 

Из отходов различных гальванотехнических производств были получены пигменты белого, черного и серого цветов, а также различные оттенки синего, зеленого, коричневого и желтых цветов, которые были испытаны при получении стеклокерамических материалов для микроэлектроники, цветных глазурей и красок для художественной керамики.

В последнее время все большее применение для подложек пленочных схем находят новые материалы: ситалл и фотоситалл. Си-талл представляет собой стеклокерамический материал, получаемый путем термообработки ( кристаллизации) стекла. По своим свойствам ситалл превосходит исходное стекло. В отличие от большинства высокопрочных тугоплавких кристаллических материалов, он хорошо обрабатывается Его можно прессовать, вытягивать, прокатывать и отливать центробежным способом. 

По механическим свойствам ситаллы превосходят сталь, уступая ей лишь в отношении ударной вязкости. В настоящее время получены стеклокерамические материалы с коэффициентом теплового расширения, близким к нулю, пределом прочности при сжатии до 9000 кгс / см2 и при изгибе до 1800 кгс / см2, устойчивые к действию смеси азотной и серной кислот при температурах до 300 С и выдерживающие резкие ( до 1000 С) перепады температур. 

По механическим свойствам ситаллы превосходят сталь. В настоящее время получены стеклокерамические материалы с коэффициентом теплового расширения, близким к нулю, пределом прочности при сжатии до 9000 кгс / см2 и при изгибе до 1800 кгс / см2, устойчивые к действию смеси азотной и серной кислот при температурах до 300 С и выдерживающие резкие ( до 1000 С) перепады температур. 

Основные поиски в области конструктивного оформления связаны с усовершенствованием плоских корпусов и применением более совершенных материалов. С этой целью в настоящее время изучаютсястеклокерамические материалы, в которых сочетаются прочность стекла и теплопроводность керамики. Ведутся исследования, направленные на получение лучших сортов низкотемпературного стекла для выполнения спаев, усовершенствование процесса металлизации выводов из ковара. Одновременно исследуется возможность уменьшения расстояния шежду выводами и повышения коэффициента использования поверхности кристалла полупроводника. 

1. Листовое строительное стекло: оконное, витринное, армированное, цветное, узорчатое, солнцезащитное, закаленное и упрочненное.

2. Светопропускающие изделия из стекла: стеклопакеты, стеклянные блоки, профильное стекло, многослойные стекла, дверные полотна и зеркала.

3. Облицовочное стекло: стемалит, плитки коврово-мозаичные, облицовочные плитки из глушенного стекла, эмалированные стеклянные плитки, стекломрамор, марблит, стеклянная крошка и смальта, плиты стеклокристаллические, шлакоситалл.

4. Теплоизоляционные материалы и трубы из стекла: пеностекло, стекловолокнистые утеплители, стеклянные трубы.

9. Металлы. Классификация. Область применения.