2.2 Определение пористости

Пористость материала - характеризуется степенью заполнения его общего объема порами. Пористость определяют в долях единицы по формуле:

(2.2)

или в процентах по формуле

(2.3)

где: V_пор -объем пор в образце материала, см³;

V_общ - общий объем образца, с учетом пор, см³;

V_ист - истинный объем образца, без пор, см³;

_ср - средняя плотность материала, г/см³;

 - истинная плотность материала, г/см³.

Важнейшие свойства материалов - прочность, теплопроводность, водопоглощение, водонепроницаемость и т.д. зависят от степени и характера пористости материала.

Пористость различных природных каменных материалов колеблется от 0,3% (габбро) до 38% (известняк).

Пустотность - характеризуется степенью заполнения общего объема сыпучих материалов межзерновыми пустотами. Пустотность вычисляют по формулам:

(2.4)

или

(2.5)

где: _н - насыпная плотность материала, г/см³;

_ср - средняя плотность материала, г/см³.

2.3 Определение водопоглощения

Водопоглощение характеризуется способностью сухих материалов впитывать и удерживать воду. Оно характеризуется степенью заполнения объема материала водой (объемное водопоглощение).

Однако часто принято выражать водопоглощение по отношению к массе материала в сухом состоянии.

Для вычисления водопоглощения в % по объему и по массе пользуются формулами:

(2.6)

(2.7)

где: m - масса сухого материала, г;

m₁ - масса материала, насыщенного водой, г;

V - объем материала (образца), см³.

В данной лабораторной работе определяется водопоглощение керамического кирпича, для чего сначала необходимо сделать замеры по длине, ширине, высоте образца и вычислить его объем. После чего образец помещают в сушильный шкаф и высушивают до постоянной массы при температуре 105110ºС. После охлаждения образца его взвешивают с точностью до 1 г. Образец устанавливают вертикально в ванную, и заполняют водой (при температуре 205ºС до 1/3 высоты кирпича - выдерживают 12 часов). Затем уровень воды повышают до 2/3 высоты образца и выдерживают еще 12 часов, после чего он полностью покрывается водой, так чтобы слой воды над образцом был не менее 2 см, на 24 часа. По истечении суток образец извлекают, дают стечь воде, обтирают влажной тканью и взвешивают с точностью до 1 г. Водопоглощение вычисляется по формулам (2.6) или (2.7).

Контрольные вопросы

1. Что такое истинная плотность?

2. Что такое средняя плотность?

3. Что такое насыпная плотность?

4. Истинная плотность и средняя плотность - величины постоянные или переменные? И почему?

5. Зависит истинная или средняя плотность от пористости?

6. Средняя плотность материала больше или меньше его истинной плотности и почему?

7. Что такое пористость материала и от чего она зависит?

Работа № 3 керамические материалы

3.1 Сырье для получения керамики и керамические изделия

Керамикой называют широкий круг материалов и изделий в виде искусственного камня полученного путем обжига до спекания (900 ÷ 1300 º C) предварительно подготовленной керамической массы с необходимыми добавками, взятыми в строго определенном соотношении, и получением керамического черепка. После обжига керамические материалы приобретают значительную прочность, водостойкость, морозостойкость и ряд других свойств.

Керамические строительные изделия разделяют на две основные группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия поглощают более 5% воды (по массе). Пористую структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а также стенки дренажных труб и др.

Плотные керамические изделия поглощают менее 5% воды. Плотную структуру имеют плитки для пола, дорожный кирпич, канализационные трубы.

По назначению керамические материалы и изделия подразделяют на следующие виды:

- стеновые изделия - кирпич, камни пустотелые и панели из них;

- кровельные изделия - черепица;

- облицовочные изделия - лицевой кирпич, архитектурно художественные детали, карнизы, уголки, облицовочные плитки;

- санитарно-техническая керамика - ванны, унитазы;

- дренажные и канализационные изделия - дренажные и канализационные трубы;

- огнеупорные изделия;

- специальная керамика;

- пористый гравий - керамзит.

Сырьем для производства керамических изделий является каолины и глины, применяемые как в чистом виде, так и в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.).

Под каолиновыми глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, после формирования и высыхания сохраняют приданную форму, и после обжига приобретают свойства искусственного камня.

Каолины - состоят почти исключительно из минерала каолинита и содержат значительное количество частиц с размером менее 0,01 мм, после обжига сохраняют белый цвет.

Глины - более разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами менее 0,005 мм) состоит преимущественно из каолинита, монтмориллонита Al₂O₃·4SiО₂·n₂O, галуазита Al₂O₃·2SiО₂·4H₂O.

Отощающие добавки, вводятся в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированного глину, кварцевый песок, золу ТЭС, гранулированный доменный шлак.

Порообразовывающие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа (СО₂ - молотый мел, доломит), или выгорают.

Плавни - добавляют в глину для снижения температуры ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и др.

Усадка - характеризуется уменьшением линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

У_воз = ; У_ог = ; У_общ = У_воз + У_ог

где: У_воз - воздушная усадка; У_ог - огневая усадка; У_общ - общая усадка; V₁, V₂ і V₃ - объем материала соответственно первоначальный, после сушки и после обжига.

Кирпич и камни керамические

Керамические кирпичи и камни (ГОСТ Б В.2.7-61-97) относятся к стеновым керамическим изделиям. Изготовляют их из легкоплавких глин с добавками и без, применяют для кладки наружных и внутренних стен, для изготовления стеновых панелей и блоков.

Кирпич имеет следующие размеры: одинарный - 250 × 120 × 65 мм; утолщенный - 250 × 120 × 88 мм; модульный - 288 × 138 × 63 мм, модульный утолщенный - 288 × 138 × 88 мм; утолщенный с горизонтальным расположением пустот - 250 × 120 × 138 мм.

Камни изготавливают следующих размеров: обычный - 250 × 120 × 138 мм; укрупненный - 250 × 250 × 138 мм; модульный - 288 × 138 × 138 мм; модульный укрупненный - 288 × 288 × 88 мм; укрупненный с горизонтальным расположением пустот 250 × 250 × 120 мм.

Кирпич изготавливают полнотелым (без пустот или с технологическими пустотами объемом до 13%) и пустотелым, а камни - только пустотелыми.

Все изделия, за исключением предназначенных для кладки фундаментов, могут изготавливаться пористыми.

Масса кирпича в высушенном состоянии должна быть не более 4,3 кг, камней - не более 16 кг.

В зависимости от предела прочности кирпича при сжатии и изгиба, а камня - только при сжатии их подразделяют на марки 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300.

Плотность кирпича в зависимости от типоразмера и наличия пустот колеблется в пределах 1400 ÷ 1600 кг/м³; теплопроводность 0,7 ÷ 0,82 Вт / (м ·º С); водопоглощение для полнотелых изделий должно быть не менее 8% по массе, для полых - не менее 6% по массе; марка по морозостойкости от F15 до F50 (количество циклов переменного замораживания и оттаивания). Кирпич применяют для кладки стен зданий, изготовления сборных стеновых панелей, кладки печей и дымовых труб.

Примеры условных обозначений керамичекого кирпича и камней:

1. Кирпич керамический рядовой полнотелый марки по прочности 100, плотностью 1650 кг/м³ марки по морозостойкости F-15:

Кирпич КРПв - 1/100/1650/15 ГОСТ Б В.2.7-61-97

2. Кирпич керамический рядовой пустотелый марки по прочности 150, плотностью 1480 кг/м³, маркой по морозостойкости F-15:

Кирпич КРПр - 1/150/1480/15 ГОСТ Б В.2.7-61-97

3. Камень керамический рядовой пустотелый марки по прочности 100, плотностью 1460 кг/м³, марки по морозостойкости F -15:

Камень КР - 6/100/1460/15 ГОСТ Б В.2.7-61-97

Керамические материалы для облицовки фасадов

Фасадные керамические изделия (ГОСТ Б В.2.7-67-98) применяют для облицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов и т.д.

Плитки изготовляют из глазурированной и неглазурированной, гладкой и рельефной, одно-или многоцветной поверхностью квадратной или прямоугольной формы с различными размерами (от 50 × 50 до 300 × 150 мм, толщиной 7 и 9 мм. Их водопоглощение не более 5%.

Облицовочный кирпич является отделочным и с конструктивными несущими элементами, работающими в кирпичной кладке вместе с обычным кирпичом. Кирпич применяют для кладки и одновременной облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений, поэтому они имеют две лицевые поверхности. В зависимости от формы и назначения их делят на рядовые (гладкая часть стены) и профильные (карнизы, пояса и т.п.).

Плитки для внутренней облицовки

Керамические плитки для внутренней облицовки (ГОСТ 6141) используются для облицовки стен и для покрытия полов.

В зависимости от сырья плитки для стен подразделяются на майоликовые и фаянсовые. В сырьевую смесь для изготовления майоликовых плиток входит каолин, полевой шпат, кварцевый песок. Фаянсовые плитки получают из сырьевой смеси огнеупорных глин, кварцевого песка и добавок плавней.

Классификация плиток:

- По характеру поверхности - плоские, рельефно-орнаментированные, фактурные;

- Вид типа глазури - прозрачные, блестящие, матовые, одноцветные, многоцветные;

- По форме и назначению - квадратная, прямоугольная, фассонно-угловая и карнизная, фасонный (плинтусная, фризовая и т.д.).

Водопоглощение плиток для внутренней облицовки - не более 16%. Предел прочности при изгибе - 12 МПа.

Основные размеры плиток: 100×100, 108×108; 150×150; 150×75; 152×76; 200×15; 200×35; 200×50; 200×75; 200×150; 200×200; 250×200; 300×50; 300×100; 300×200; 300×300.

Глазурированные плитки применяют для облицовки стен кухонь и санитарных узлов жилых домов, школ, детских садов, больниц и поликлиник, станций метрополитенов и т.д.

Стены, облицованные керамической плиткой, устойчивы к влажной и агрессивной среде, соответствуют эстетическим и санитарно-гигиеническим требованиям.

Керамические плитки для полов (ГОСТ Б.В.2.7.-117-2002) изготавливают из тугоплавких и огнеупорных каолиновых глин с добавкой отощающих веществ и, если потребуется, добавок для окрашивания.

Полы из керамических плиток практически водонепроницаемы, легко моются, стойки к действию кислот и щелочей. Плитки изготовляют квадратные (от 150×150 мм до 500×500 мм), прямоугольные (от 200×150 мм до 500×300 мм), многогранные и фигурные толщиною - 10÷13 мм.

Плитки применяют для полов в помещениях с влажным режимом и повышенной интенсивностью движения (вокзалах, станциях метрополитенов, банях, вестибюлях учреждений т.д.).

Крупноразмерные плиты типа "керамогранит" используют для устройства полов. Керамический "гранит" выпускают из глинистого сырья с добавкой минеральных пигментов и наполнителей. Плиты формируют в прессе под давлением около 50 МПа, а затем обжигают при температуре 1250 º С. Полученные изделия не уступают природному гранита по показателям прочности, износостойкости, водопоглощению, морозостойкости.

Кровельные керамические материалы

Керамическая черепица (ГОСТ Б В.2.7-28-95) - один из старейших долговечных и огнестойких кровельных материалов. Выпускают черепицу пазовую ленточную, пазовую штампованную, плоскую ленточную. Черепица может изготавливаться без покрытия или с различными видами покрытий (полива, ангоб т.п.). Покрытие может быть блестящим или матовым, прозрачным или глухим.

Обжигают черепицу при температуре 950 ÷ 1000 º С. Черепица, в зависимости от конструкции, должна выдерживать разрушающую нагрузку на излом в воздушно-сухом состоянии в пределах 80 ÷ 150 кгс (800 ÷ 1500 Н). Морозостойкость не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии при пластическом способе формирования и 35 - при полусухом.

Дренажные трубы и канализационная керамика

Дренажные и канализационные трубы относятся к изделиям керамическим кислотоупорным (ГОСТ Б А.1.1-17-94).

Дренажные трубы изготавливают из кирпичных высокопластичных глин. Применяют их при мелиоративных работах, а также при осушении грунтового основания под зданиями и сооружениями.

Канализационные трубы изготавливают из пластичных огнеупорных или тугоплавких глин.

Поверхность канализационных труб снаружи и внутри покрыта кислотостойкой глазурью. Водопоглощение черепка трубы 9 ÷ 11%. Канализационные трубы применяют для отвода сточных вод.

Огнеупорные изделия

Огнеупорными называют изделия, применяемые для строительства промышленных печей, топок и аппаратов, работающих при высоких температурах.

По огнестойкости изделия могут быть огнеупорными (1580 ÷ 1700 º С), Высокоогнеупорные (1700 ÷ 2000 º С), высшей огнеупорности (более 2000 º С).

Наибольшее распространение в строительстве и промышленности строительных материалов получили кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупорные изделия.

Кремнеземистые огнеупоры применяют двух типов: кварцевое стекло и динасовые.

Кварцевое стекло изготавливают литьем из расплавленного кварца, он содержит SiО₂ не менее 99%, имеет хорошую термостойкость и кислотостойкость; при 1100 º С крошится. Кварцевая керамика используется для футеровки котлов большой мощности, труб для подачи расплавленного алюминия, а также для производства химической аппаратуры.

Динасовые огнеупоры изготовляют обжигом при температуре выше 870 º С кварцевого сырья на известковом или другом вяжущем; содержит не менее 93% SiО₂, огнеупорность 1600 ÷ 1700 º С. Применяется для кладки сводов сталеплавильных, стекловаренных и коксовых печей.

Шамотные огнеупоры (алюмосиликатные) изготавливают обжигом смеси шамота (порошок выжженной и размолотой огнеупорной глины) и огнеупорной глины. Огнеупорность 1250 ÷ 1400 º С, применяются для кладки и футеровки сталеплавильных печей, для футеровки вращающихся печей обжига цементного клинкера, облицовки топок паровых котлов, дымоходов и др.

3.2 Кирпич глиняный одинарный обычный

Кирпич глиняный одинарный обычный (без технологических пустот) имеет размеры 250 × 120 × 65 мм. Плотность в сухом состоянии - более 1600 кг/м³. Масса кирпича в высушенном состоянии должна быть не более 4,3 кг. Водопоглощение должно быть не менее 8% по массе. Марка по морозостойкости - не менее F15.

Качество кирпича устанавливают осмотром, обмером, механическими испытаниями, определением водопоглощения и морозостойкости.