- •Введение
- •Раздел 1 строительные материалы – материальная база строительства и архитектуры
- •1.1. Связь строительства и архитектуры с материальной базой
- •1.2. Понятия – «строительный материал», «изделие», «конструкция»
- •1.3. Классификация строительных материалов и изделий
- •1.4. Комплексная связь строительства и архитектуры с их материальной базой и научно-техническим прогрессом
- •1.5. Основные архитектурно-строительные требования к строительным материалам
- •1.6. Физический и моральный износ строительных материалов
- •1.6.1. Физический износ
- •1.6.2. Моральный износ
- •1.7. Общая схема формирования качества строительных материалов
- •1.8. Материалы будущего – прогнозы и перспективы
- •Раздел 2 конструкционные и конструкционно-отделочные строительные материалы
- •2.1. Общие сведения
- •О конструкционных и конструкционно-отделочных материалах
- •2.2. Древесина, ее свойства и область применения в строительной практике
- •2.3. Основные свойства природного камня. Развитие архитектурных форм из природного камня. Современные направления в использовании природного камня в архитектуре
- •2.4. Использование керамических изделий в архитектурно-строительной практике
- •2.5. Стекло. Общие сведения, основные свойства, применение архитектурно-строительного стекла
- •2.6. Металлы в строительной практике. Свойства, область применения. Металлические конструкции
- •2.7. История развития и применения бетона и железобетона в архитектурно-строительной практике
- •2.8. Общие сведения о силикатных материалах, их разновидности, применение обычного и цветного силикатного кирпича, силикатных бетонов
- •2.9. Внедрение пластмасс в архитектурно-строительную практику. Эксплуатационно-технические и эстетические свойства пластмасс. Номенклатура и ассортимент строительных материалов
- •2.10. Конструкционные материалы для дорожных покрытий. Клинкерный кирпич, дорожный бетон, асфальтобетон
- •Раздел 3 функциональные строительные материалы
- •3.1. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства теплоизоляционных материалов
- •3.1.1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах
- •3.1.2. Классификация теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.3. Основные свойства теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.4. Способы создания высокой пористости теплоизоляционных материалов
- •3.1.5. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.1. Минераловатное волокно и изделия на его основе
- •3.1.5.2. Материалы и изделия из поризованных искусственных стекол
- •3.1.5.3. Теплоизоляционные материалы и изделия из горных пород
- •3.1.5.4. Ячеистые бетоны
- •3.1.5.5. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.6. Керамические теплоизоляционные изделия
- •3.1.6. Органические теплоизоляционные материалы
- •3.1.6.1. Теплоизоляционные материалы на основе древесины
- •3.1.6.2. Теплоизоляционные материалы на основе местного сырья
- •3.1.6.3. Полимерные теплоизоляционные материалы
- •3.2. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства акустических материалов
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Классификация акустических материалов и изделий
- •3.2.3. Звукопоглощающие материалы и изделия
- •Однослойные пористые звукопоглощающие материалы и изделия
- •Звукопоглощающие изделия из пористых материалов с перфорированным покрытием
- •3.2.4. Звукоизоляционные материалы и изделия
- •3.3. Применение и основные свойства гидро-, пароизоляционных и герметизирующих материалов
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Классификация гидроизоляционных материалов
- •3.3.3. Выбор гидроизоляционных материалов и их сроки службы
- •3.3.4. Гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей с модификацией полимерами Рулонные материалы
- •Штучные изделия
- •Мастики
- •Эмульсии, пасты, лаки
- •3.3.5. Гидроизоляционные материалы на основе полимеров Окрасочные материалы
- •Пленочные материалы
- •Листовые и рулонные материалы
- •3.3.6. Герметизирующие материалы
- •3.4. Общие сведения, классификация и разновидности кровельных материалов
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Классификация кровельных материалов
- •3.4.3. Виды кровельных материалов Рулонные материалы
- •Штучные и листовые материалы
- •Мембраны
- •Мастичные покрытия
- •Раздел 4 строительные материалы специального назначения
- •4.1. Общие сведения и разновидности жаростойких материалов
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Основные виды жаростойких материалов и изделий
- •4.2. Общие сведения, классификация, основные свойства, основы технологии и разновидности огнеупорных материалов
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Классификация огнеупорных материалов
- •4.2.3. Свойства огнеупорных материалов
- •4.2.4. Основы технологии огнеупоров
- •4.2.5. Основные виды огнеупорных материалов
- •4.2.5.1. Кремнеземистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.2. Алюмосиликатные огнеупорные изделия
- •4.2.5.3. Магнезиальные огнеупорные изделия
- •4.2.5.4. Хромистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.5. Углеродистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.6. Карбоидные и нитридные огнеупорные материалы
- •4.2.5.7. Огнеупорные изделия из чистых окислов
- •4.2.6. Легковесные огнеупорные материалы
- •Разновидности пористых огнеупорных материалов
- •4.2.7. Мертели, растворы и защитные обмазки
- •Мертели и растворы
- •Защитные обмазки
- •4.2.8. Огнеупорные бетоны и набивные массы Огнеупорные бетоны
- •Набивные массы
- •4.3. Общие сведения, классификация и разновидности химически стойких материалов
- •4.3.1. Общие сведения и классификация химически стойких материалов
- •4.3.2. Разновидности химически стойких материалов
- •4.3.2.1. Химически стойкие изделия из природных каменных материалов
- •4.3.2.2. Химически стойкие изделия на основе ситаллов
- •4.3.2.3. Химически стойкие изделия на основе керамики
- •4.3.2.4. Химически стойкие изделия на основе жидкого стекла
- •4.3.2.5. Химически стойкие изделия из кислотоупорного цемента и бетона
- •4.4. Общие сведения, свойства и разновидности материалов для защиты от радиации
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Виды радиоактивного излучения
- •4.4.3. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц
- •4.4.4. Источники ионизирующих излучений
- •4.4.4.1. Ядерные реакторы
- •4.4.5. Основные виды материалов для радиационной защиты
- •4.4.6. Виды защит от радиоактивного излучения
- •Заключение
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
- •III тысячелетие н.Э.
- •Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов»
- •394006 Воронеж, ул. 20-лет Октября, 84
4.2.5.5. Углеродистые огнеупорные изделия
К углеродосодержащим огнеупорным изделиям относятся изделия, в состав которых входят углерод и его соединения. Углеродосодержащие материалы обладают высокой огнеупорностью, но в окислительной среде они горят.
В природе углерод встречается как в свободном состоянии, так и в виде различных соединений. Число изученных соединений углерода более миллиона. Такое многообразие соединений объясняется свойством его атомов связываться между собой с образованием длинных цепей или колец.
В свободном состоянии углерод известен в виде трех модификаций: алмаза, графита и аморфного углерода (угля).
Графитовые огнеупорные изделия получают из природного графита, содержащего обычно от 5 до 30 % золы. Природный графит, содержащий около 99 % углерода, дорого стоит, поэтому изготовление из него углеродистых огнеупоров очень ограничено. Из природного графита изготавливают, главным образом, особо плотные детали для высокотемпературных теплообменников. Графит обладает очень высокой температурой плавления – более 3700 0С, при высоких температурах химически инертен, не взаимодействует с основными и кислыми шлаками, кислотами и щелочами, имеет высокую тепло- и электропроводность, низкий температурный коэффициент линейного расширения, не деформируется. Прочность графита по мере повышения температуры несколько увеличивается.
В настоящее время изготавливаются огнеупорные материалы улучшенного качества на основе искусственного графита. К таким материалам относятся: рекристаллизованный графит, волокнистый графит, стеклографит и др.
С целью экономии дорогостоящего природного графита получили применение глинисто-графитовые и графито-шамотные огнеупорные изделия.
Глинисто-графитовые изделия изготавливают из графита, огнеупорной пластичной глины с добавкой шамота или без него. Глина в таких изделиях создает защитную пленку, предохраняя графит от окисления.
Из глинисто-графитовых масс изготавливают, главным образом, тигли для плавки стали и цветных металлов, трубы и пробки, стаканы для разливочных ковшей.
Глинисто-графитовые тигли в несколько раз устойчивее шамотных по отношению к воздействию основных шлаков. Термическая и химическая стойкость тиглей увеличивается с повышением содержания графита в исходной массе.
Формуют глинисто-графитовые изделия методом прессования на рычажных прессах, литья в гипсовые формы или пластического формования на гончарных кругах. Сушка изделий – очень длительный процесс, продолжающийся 15…20 суток. Что объясняется довольно большой чувствительностью к сушке глинисто-графитового сырца. Влажность изделий после сушки не должна превышать 4 %. Обжигают глинисто-графитовые изделия в капселях с засыпкой сухим коксом для предохранения графита от возгорания. Температура обжига тиглей 800…1000 0С, пробок и стаканов – 1300…1320 0С.
Прочность при сжатии глинисто-графитовых изделий колеблется в пределах 15…25 МПа, средняя плотность 1,8…1,9 г/см3, дополнительная усадка при температуре 1350 0С составляет 0,3…0,7 %, огнеупорность до 2000 0С.
Графито-шамотные огнеупоры изготовляют из графита, шамота и пластичной глины. Графит, добавляемый в шамотные массы, повышает теплопроводность, снижает температурный коэффициент линейного расширения и тем самым увеличивает термостойкость изделий.
Из графито-шамотных масс изготавливают тигли для плавки сталей и различных цветных металлов, желоба для транспортировки расплавленного чугуна, пробки для стопорных устройств при разливке сталей, обладающих наибольшей агрессивностью, стаканы для непрерывной разливки стали.
Технология производства графито-шамотных огнеупоров состоит из следующих операций. Компоненты шихты дозируют и перемешивают сначала в сухом виде, затем с водой. Увлажненную массу обрабатывают на ленточном прессе. После этого смесь выдерживают в специальных камерах в течение 15…20 суток для повышения ее пластичных свойств. Вылежавшуюся массу 2…3 раза пропускают через ленточный пресс, форма мундштука которого обеспечивает получение заготовок нужной конфигурации. Формуют изделия путем допрессовки полученных заготовок.
Отформованные графито-шамотные изделия сушат по очень мягкому режиму в общей сложности 15…20 суток. Остаточная влажность изделий не должна превышать 2..3 %. Обжигают полуфабрикаты в шамотных капселях с коксовой засыпкой или без засыпки в плотных графито-шамотных муфелях при температуре 1300…1350 0С.
Графито-шамотные изделия обладают следующими свойствами: прочность при сжатии колеблется в пределах 35…40 МПа, огнеупорность – 1900 0С, температура начала деформации под нагрузкой – 1380…1490 0С, температурный коэффициент линейного расширения в интервале температур 0…1000 0С – 2,8…3,8·10-6 1/0С.
Коксовые огнеупоры почти полностью состоят из углерода С в виде кокса. Эти изделия изготовляют из каменноугольного кокса (антрацита, подвергнутого термообработке при 1100 0С) и каменноугольной смолы. Кокс служит наполнителем, а каменноугольная смола – связующим, придающим массе пластические свойства и обеспечивающим спекание огнеупора при обжиге.
Углеродистый наполнитель и смолу смешивают в смесительных бегунах или двухвальных смесителях с паровым подогревом. Полученная тестообразная масса поступает на формование с температурой 90…100 0С. В зависимости от заданной формы и размеров изделий массу формуют путем выдавливания через мундштуки ленточных прессов или прессуют в формах на механических прессах. Отформованные изделия обжигаются в капселях с засыпкой коска. Максимальная температура обжига 1100…1450 0С, выдержка при максимальной температуре 20…30 ч. Изделия выгружают из печи после остывания их до 40…60 0С по всей толщине. Суммарная продолжительность обжига составляет от 15 до 30 суток. Такие углеродистые изделия содержат 85…92 % углерода и около 10 % серы. Они практически не плавятся и не деформируются при высоких температурах.
Благодаря ценному комплексу положительных свойств углеродистые огнеупоры применяют в различных отраслях промышленности. Малые значения модуля упругости и температурного коэффициента линейного расширения при высокой температуре обусловливают исключительно высокую термическую стойкость углеродистых изделий, благодаря чему почти исключается растрескивание этих изделий в службе. Углеродистые изделия способны увеличивать механическую прочность с повышением температуры до 2400 0С. Углеродистые огнеупоры не смачиваются металлургическими шлаками независимо от их состава и поэтому не разрушаются ими.
Все эти свойства позволяют использовать углеродистые огнеупоры для футеровки доменных печей, пода печей для плавки свинца, алюминия, магния и других цветных металлов, а также печей для производства карбида кальция, фосфора, ферросплавов и др. Углеродистые материалы служат также в качестве замедлителей нейтронов в ядерных реакторах. Благодаря хорошей обрабатываемости, высокой прочности и удовлетворительной электропроводности графитовых огнеупоров из них изготовляют саморазогревающиеся пресс-формы для прессов горячего прессования.