45.Защита древесины от гниения и возгорания.

Склонность древесины к гниению и возгоранию делает деревянные конструкции недолговечными и ненадежными. Поэтому принимаются меры по снижению горючести и повышению биостойкости древесины.  Защита от гниения. Как уже указывалось в § 3.3, гниение древесины происходит в тех случаях, когда на ней начинают развиваться грибы, использующие древесину как питательную среду. Для их развития необходимы определенные условия: влажность древесины не менее 18...20 %; свободный доступ кислорода; температура + 5...+ 40° С. Если какое-либо условие не выполняется, гниения древесины не происходит. Наиболее радикальный и реальный с конструктивной точки зрения путь защиты древесины от гниения — сухой режим экс¬плуатации (влажность древесины должна быть не более 15 %). Если этот путь невозможен, то можно сделать древесину ядовитой для грибов. Последний прием называют антисептированием (от греч. Septikos — вызывающий гниение). Этот путь защиты древесины ис¬пользовался с давних времен. Например, древесину обжигали до образования на поверхности слоя древесного угля. Более эффективна пропитка древесины дегтем, ароматические компоненты которого (фенолы, крезол и др.) обеспечивают его антисептическое действие (о дегте подробнее см. § 9.2). Кроме того, такая обработка придает древесине гидрофобность. Но при этом древесина приобретает темно-коричневую окраску и характерный дегтярный запах. Для антисептирования деревянных конструкций, с которыми че¬ловек находится в непосредственном контакте, используют водораст¬воримые антисептики — соли фтористоводородной и кремнефторис-тых кислот (NaF; Na2SiF6) и другие ядовитые для грибов соединения (хлорид цинка, пентахлорфенол). Эти антисептики не имеют цвета и запаха, а пропитка ими не препятствует склейке и окраске древесины. Защита от возгорания. Древесина относится к сильногорючим и легковоспламеняемым материалам. Возгорание древесины при контак¬те с открытым огнем происходит при температуре 260...290° С, а при нагреве выше 350° С газы, выделяющиеся из древесины, способны самовозгораться. Для предупреждения возгорания древесины приме¬няют специальные меры конструктивного характера, сводящие к минимуму вероятность нагрева древесины и ее контакта с огнем. Другой путь защиты древесины — снижение возгораемости самой древесины. Снижение возгораемости древесины вплоть до перевода ее в группу трудносгораемых можно достичь двумя путями: покрытием древесины огнезащитными составами; пропиткой древесины антипиренами (от греч. руr— огонь). Огнезащитные покрытия могут быть в виде обмазок, красок и лаков. Обмазки состоят из неорганических связующих (глина, известь, гипс), наполнителей (слюда, асбест и т. п.) и антипиренов. Обмазки наносят слоем 2—3 мм на деревянные конструкции, к которым не предъявля¬ются декоративные требования. Огнезащитные краски образуют более декоративные покрытия. Огнезащитная функция заключается в обра¬зовании оплавленных стекловидных пленок, предотвращающих доступ кислорода к древесине и защищающих ее от нагрева. Огнезащитные лаки используются в тех случаях, когда необходимо сохранить видимой природную текстуру дерева. При контакте с огнем лаковая пленка вспучивается (наподобие «воздушной кукурузы») и образует теплоизо¬лирующее трудносгораемое покрытие на поверхности древесины. Огнезащитные пропитки — растворы солей и некоторых других веществ — антипиренов, которыми пропитывают древесину. При нагреве до температуры возгорания древесины антипирены действуют по следующим схемам: • разлагаются с выделением газов, не поддерживающих горение (С02, NH3 и др.); • плавятся с образованием газонепроницаемой стеклообразной пленки; • вспучиваются, а затем обугливаются, образуя теплоизолирующее покрытие. Пока протекают эти процессы, древесина не загорается. Наиболее распространенные антипирены: фосфат и сульфат аммо¬ния, бура (Na2B4O7 • 10Н2О), поташ (К2СО3), борная кислота (Н3ВО2). В последнее время в качестве антипиренов предложены элементорга-нические соединения, содержащие галогены и фосфор (например, трихлорэтилфосфат). Так как технология пропитки антисептиками и антипиренами одинаковая, то часто проводят комплексную обработку древесины против гниения и возгорания. Для этого используется, например, водный раствор, содержащий 15 % антипиренов (диаммоний фосфата 7,5 %, сернокислого аммония — 7,5 %) и 2 % антисептика — фтористо¬го натрия. Пропитка древесины может быть поверхностная или глубокая. Проводится она до окраски деревянных конструкций или столярных изделий. Поверхностная пропитка производится путем 2—3-кратной обра¬ботки деревянных элементов концентрированными растворами с по¬мощью кисти или распылителя. Ее производят обычно в построечных условиях на готовых конструкциях. Недостаток такой обработки — возможность вымывания пропитывающего состава и появления высолов на конструкции. Механическая обработка (острожка, шлифование) после пропитки не допускается, так как при этом снимается пропи¬танный слой древесины. Глубокая пропитка обеспечивает проникновение антисептиков и антипиренов в глубину древесины, что повышает надежность пропит¬ки. Ее производят в заводских условиях; при этом пропитывают обычно подкрашенным раствором. Используют два метода глубокой пропитки. • Метод горяче-холодных ванн: обрабатываемую древесину сначала помещают в горячий раствор. В нем из древесины выходит воздух и пары воды. Затем древесину перемещают в холодный раствор; в порах древесины при этом образуется разряжение и туда активно засасывается раствор. • Автоклавно-диффузионный метод: древесину помещают в автоклав (толстостенную герметически закрывающуюся емкость), в котором создают разряжение 0,06...0,08 МПа. Затем туда подают пропиточный состав с температурой не ниже 70° С и постепенно поднимают давление.

46. Понятие о горных породах и породообразующих минералах. Основные породообразующие минералы.

Сырьем для получения природных каменных материалов служат горные породы.

Горные породы — это значительные по объему скопления минералов в земной коре, образовавшиеся под влиянием одинаковых условий.

Магматические породы (первичные)

Осадочные породы (вторичные)

Метаморфические   (видоизмененные) породы

 Минералы — это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов, происходящих в земной коре, и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физическими свойствами. В природе известно несколько тысяч минералов, но в образовании горных пород участвуют лишь около 50, их называют породообразующими. Горные породы могут состоять из одного минерала (мономинеральные) или нескольких (полиминеральные).

 Природные каменные материалы и изделия получают путем механической обработки горных пород, т. е. дробления, раскалывания, распиловки, отески, шлифовки (щебень, плиты, штучные камни, архитектурно-декоративные детали) или даже без обработки (песок, гравий). Свойства горной породы, из которой они получены, сохраняются почти полостью. Строительные свойства горных пород и каменных изделий из них в значительной степени определяются химическим составом и физическими и механическими свойствами породообразующих минералов.

Большое влияние на свойства пород оказывает и их строение (структура), предопределяемое условиями образования каждой группы пород. Поэтому для оценки свойств и определения целесообразных условий обработки и применения природных материалов в строительных конструкциях необходимо познакомиться с составом и строением горных пород, из которых они получены. Знание этих вопросов важно и потому, что горные породы широко используют также в промышленности строительных материалов в качестве сырья для изготовления вяжущих веществ (извести, гипса, цемента), искусственных каменных материалов (керамических, теплоизоляционных, бетонов и др.).

 Широкий диапазон физико-механических свойств и распространенность природных каменных материалов обусловили их широкое применение в строительстве для различных целей. Их используют для возведения фундаментов и стен зданий, защитных и декоративных облицовок строительных конструкций, полов и лестниц, в качестве дорожных покрытий и т. п. Сотни миллионов кубометров каменных материалов в виде песка, гравия и щебня применяют ежегодно для изготовления бетонов, а также оснований при строительстве железных и автомобильных дорог.

Относительно большое разнообразие горных пород, применяемых в строительстве, удобно и логично изучать, если их классифицировать по условиям образования (генезису), ибо уже это дает известное представление об их строении и свойствах. Генетическая классификация разработана акад. Ф. Ю. Левинсон-Лессингом и А. П. Карпинским

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы.

Метаморфические (видоизмененные) горные породы образовались в результате последующих изменений первичных и вторичных пород, связанных со сложными физико-химическими процессами, происходившими в земной коре.

В настоящее время известно около 5000 минералов. В образовании же горных пород преимущественно участвуют 25 минералов. Основными породообразующими минералами являются кремнезем, алюмосиликаты, железисто-магнезиальные, карбонаты, сульфаты.

Минералы группы кремнезема. К минералам этой группы относят кварц. Он может находиться как в кристаллической, так и аморфной форме.

Кристаллический кварц в виде диоксида кремния SiО₂ - один из самых распространенных минералов в природе. Средняя плотность его составляет 2,65 г/см³, предел прочности при сжатии до 200 МПа, твердость - 7, имеет высокую химическую стойкость - его разрушает только фтористоводородная и горячая фосфорная кислоты. Характерным свойством кристаллического кварца является способность вступать в химическое взаимодействие с известью при температуре 150-200 °С в среде насыщенного пара в автоклавах. Используя это свойство, получают силикатные материалы.

Аморфный кремнезем встречается в виде опала SiО₂ x NH₂О. Он вступает в химическое взаимодействие со щелочами при обычной температуре. Применение его вбетонах в качестве заполнителей может привести к их разрушению через 10-15 лет.

Минералы группы алюмосиликатов — полевые шпаты, слюды, каолиниты.

Полевые шпаты составляют 58% всей литосферы и являются самыми распространенными минералами. Разновидностями их являются ортоклаз и плагиоклазы.

Ортоклаз - калиевый полевой шпат - K₂О x Al₂О₃ x 6SiО₂. Имеет среднюю плотность 2,57 г/см³, твердость - 6-6,5. Является основной частью гранитов, сиенитов.

Плагиоклазы - минералы, состоящие из смеси твердых растворов альбита и анортита.

Альбит - натриевый полевой шпат - Na₂О x Al₂О₃ x 6SiО₂. Имеет плотность 2,6 г/см³, твердость - 6-6,5.

Анортит - кальциевый полевой шпат – CaO x Al₂О₃ x 2SiО₂. Его плотность - 2,75 г/см³, твердость - 6-6,5.

Плагиоклазы входят в состав кислых и основных горных пород.

Предел прочности полевых шпатов при сжатии составляет 120-170 МПа, что ниже прочности кварца. Они выветриваются под воздействием воды, содержащей углекислоту, в результате чего образуется каолинит.

Слюды - водные алюмосиликаты слоистого строения, способные расщепляться на тонкие пластинки. Наиболее часто встречаются два вида - мусковит и биотит.Мусковит - калиевая бесцветная слюда. Обладает высокой химической стойкостью, тугоплавка. Биотит - железисто-магнезиальная слюда черного или зелено-черного цветов.

Слюды имеют твердость 2-3. Мусковит встречается в изверженных и осадочных породах, биотит - в изверженных.

Водной разновидностью слюды является вермикулит. Он образован из биотита в результате воздействия гидротермальных процессов. При нагревании вермикулита до 750 °С теряется химически связанная вода, в результате чего объем его увеличивается в 18-40 раз. Вспученный вермикулит применяют в качестве теплоизоляционного материала.

Слюды понижают прочность горных пород и ускоряют их выветривание.

Каолинит - Al₂О₃ x 2SiО₂ x 2H₂О - минерал, получаемый в результате разрушения полевых шпатов и слюд. Залегает в виде землистых рыхлых масс. Применяют для изготовления керамических материалов.

Железисто-магнезиальные силикаты. Минералами этой группы являются пироксены, амфиболы и оливин.

К пироксенам относят авгит, входящий в состав габбро, к амфиболам - роговую обманку, входящую в состав гранитов.

Оливин входит в состав диабазов и базальтов. Продукт выветривания оливина - хризотил-асбест.

Эти минералы являются силикатами магния и железа и имеют темную окраску. Они обладают высокой ударной вязкостью и стойкостью против выветривания.

Минералы группы карбонатов. К ним относят кальцит, магнезит, доломит. Они входят в состав осадочных горных пород.

Кальцит - СаСО₃ - имеет среднюю плотность 2,7 г/см³, твердость - 3. Вскипает при воздействии слабого раствора соляной кислоты. Входит в состав известняков, мраморов, травертинов.

Магнезит - MgCО₃ - имеет среднюю плотность 3,0 г/см³, твердость - 3,5-4. Вскипает от горячей соляной кислоты. Образует породу с тем же названием.

Доломит - CaCО₃ x MgCО₃ - имеет плотность 2,8-2,9 г/см³, твердость - 3,5-4. По свойствам занимает среднее положение между кальцитом и магнезитом. Входит в состав мраморов. Образует породу с таким же названием.

Минералы группы сульфатов - гипс и ангидрит.

Гипс - CaSО₄ x 2H₂О - имеет среднюю плотность 2,3 г/см³, твердость - 1,5-2,0, цвета - белый, серый, красноватый. Строение - кристаллическое. Хорошо растворяется в воде. Образует породу - гипсовый камень.

Ангидрит - CaSО₄ - имеет среднюю плотность 2,9-3 г/см³, твердость - 3-3,5, строение - кристаллическое. При насыщении водой переходит в гипс.