книги из ГПНТБ / Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов

теплоизоляционными свойствами благодаря значительной пористости. Такой материал получил название керамзита.

Керамзит подразделяют на следующие разновидности: керамзитовый гравий — легкий заполнитель для бетона и железо­

бетона, вспученные зерна которого имеют округлую или гравелистую форму и прочную спекшуюся шероховатую оболочку, размерами в пределах от 5 до 40 мм в поперечнике. Керамзитовый гравий получают во вращающихся'печах, в кипящем слое и другими способами;

керамзитовый щебень — легкий заполнитель для бетона и железо­ бетона, преимущественно угловатой формы с размером зерен от 5 до 40 мм в поперечнике. Керамзитовый щебень получают путем дробле­ ния крупных глыб и кусков вспученной глины, обожженной во вра­ щающихся печах, на решетках и другими методами;

керамзитовый песок гравелистой формы с тонкой спекшейся обо­ лочкой размером от 0,14 до 5 мм, получаемый обжигом глинистой щелочи на вращающихся и шахтных печах, а также в кипящем слое;

для покрытия кровель в основании для малоэтажных зданий. По срав­ нению с другими видами кровельных материалов она имеет следующие преимущества: огнестойка, долговечна и расходы по уходу за ней незначительны. Кроме того, запасы дешевого сырья (глины) для ее

94

изготовления практически не ограничены. Недостатками черепицы являются большая трудоемкость изготовления и ручной способ укладки.

Для производства черепицы используют глины типа кирпичных, но с повышенной пластичностью. Подготовку глины производят по

схеме, принятой для обыкновенного кирпича, с обработкой на бегу­ нах. Для формовки черепицы применяют ленточные' и штамповые прессы; при формовке в ленточных прессах применяют мундштуки, выходные отверстия которых соответствуют форме черепицы. Ленту, выходящую из мундштука, разрезают на резательных станках по раз­ меру черепицы. При формовке пазовой штампованной черепицы при­ меняют два типа прессов — револьверный и салазочный.

95

Сушку черепицы производят в сушилках, а обжиг — в кольцевых

икамерных печах.

Внастоящее время изготовляют черепицу четырех видов: пазовую штампованную и ленточную, плоскую ленточную и коньковую (рис. 40).

Кфизико-механическим свойствам и внешнему виду черепицы предъ­ являют высокие требования. В изломе она должна быть равномерно обожженной, мелкозернистой и однородной, без расслоений. Черепица должна иметь правильную форму, гладкие поверхности и ровные края без короблений и трещин; при легком ударе стальным молотком она издает чистый, недребезжащий звук.

Цвет черепицы одной партии должен быть однотипным. Разрушаю­

Размеры, допуски и вес черепицы не должны превышать норм,

Тугоплавкие материалы. Такие материалы изготовляют из туго­ плавких глин типа гжельских. Тугоплавкий кирпич изготовляют раз­ личной формы: прямой, клиновой (торцовый и ребровой двусторон­ ний), лещадной (плиты для пода печей).

Производство тугоплавкого кирпича не отличается от способов изготовления обыкновенного строительного кирпича.

Используют тугоплавкий кирпич для внутренней кладки стен топок и отопительных печей и калориферов с температурой нагрева кладки не более 1100° (I сорт) и 1000° ( I I сорт).

Тугоплавкий кирпич должен удовлетворять требованиям, приведен­ ным в табл. 18.

Огнеупорные материалы. Огнеупорными называют строительные материалы, имеющие огнеупорность не менее 1580°. К основным требо­ ваниям, предъявляемым к огнеупорным материалам, относятся: огне­ упорность, высокий предел прочности, устойчивость при резких коле­ баниях температуры (термостойкость), минимальная дополнительная усадка при различных температурах и газонепроницаемость.

96

В зависимости от химико-минералогического состава огнеупорные материалы подразделяют на группы. Более широко применяют кремне­

кая — 1690—1710°. Однако при быстром нагревании или охлаждении динас растрескивается, разрушается и, следовательно, теряет проч­ ность.

Применяют динас главным образом для кладки сводов, стен и

и А12 03 менее 30%; шамотные, имеющие А12 03 от 30 до 45%; высоко­ глиноземистые, содержащие А12 03 более 45%.

Полукислые огнеупоры характеризуются повышенным содержанием кремнезема. Их изготовляют путем обжига кварцевых пород на глиня­ ной или каолиновой связке или обжигом глин и каолинов с большим содержанием кварцевого песка. Огнеупорность их составляет от 1610 до 1710°. Полукислые огнеупоры применяют для футеровки коксовых печей, вагонеток, паровозных топок.

Шамотные огнеупоры изготовляют обжигом смеси шамота и огне­ упорной глины. Они отличаются термической стойкостью, шлакоустойчивостью и прочностью. Применяют их в зависимости от огнеупор­ ности для кладки и футеровки печей в местах, где они непосредственно соприкасаются с расплавленным металлом, шлаком, стеклом для фу­ теровки сводов, стен и пола керамических печей, обмуровки топок паровых котлов, дымоходов и пр.

Высокоглиноземистые огнеупоры получают из материалов с высоким содержанием глинозема (боксита, диаспора, корунда и др.). Огнеупор­ ность их находится в пределах 1820—2000°, термическая устойчивость низкая, но шлако- и стеклоустойчивость высокие. Высокоглиноземи­ стые огнеупоры используют в стекольной промышленности для кладки печей.

Г Л А В А IV

СТЕКЛО И СТЕКЛЯННЫЕ ИЗДЕЛИЯ

Стекло — искусственный материал. Комиссия по терминологии Академии наук СССР дала следующее определение стекла: «Стеклом называются все аморфные тела, получаемые путем переохлаждения расплава, независимо от их химического состава и температурной области затвердевания и обладающие, в результате постепенного уве­ личения вязкости, механическими свойствами твердых тел, причем процесс перехода из жидкого состояния в стеклообразное должен быть обратимым».

По масштабам применения стекла первое место принадлежит строи­ тельству, где оно широко применяется не только для устройства свето­ вых проемов, но и в качестве конструктивного и отделочного мате­ риала.

За 3—4 тысячи лет до нашей эры производство стекла было известно египтянам и обитателям Месопотамии. В этот период стекольные изде­ лия изготовлялись путем пластического формования и прессования. Значительно развивалось стеклоделие с IX в. н. в. в Венеции, которая была мировым центром стеклоделия до X V I I в. Венецианские стеклян­ ные изделия, отличавшиеся большой художественной ценностью, про­

г. Воскресенска в местечке Духанино. В 1752 г. М. В. Ломоносов орга­ низовал производство разноцветных стекол и художественных изделий из них. К 1913 г. число стекольных заводов в России достигло 275. Широкое развитие стекольная промышленность получила в СССР.

В годы первых пятилеток был построен ряд крупнейших стекольных заводов, в том числе заводы-гиганты, в г. Гусь-Хрустальный, Даге­ стане, городах Горьком, Гомеле, Улан-Удэ и др.

Основную массу вырабатываемого в Советском Союзе стекла (около 50% по весу) составляет оконное листовое стекло; в 1970 г. выпуск его составил около 230 млн. м2. В промышленности листового

98

стеклоделия особенно известны имена С. П. Петухова, А. К. Чугунова, В. Е. Тищенко, акад. Рождественского, И. В. Гребенщикова, H . Н. Ка­ чалова, И. И. Китайгородского и др. В настоящее время стекольная промышленность выпускает листовое стекло, химическо-лабораторную и бытовую посуду, электровакуумное и полированное стекло, архитек­ турно-художественные изделия.

1. СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРОИЗВОДСТВО СТЕКЛА

Стекловидные вещества являются аморфными и изотропными, т. е. имеют однородную структуру и одинаковые свойства по всем нап­ равлениям.

Из механических свойств стекла прочность его на растяжение является важнейшим качеством. Предел прочности при растяжении у стекла в 15—20 раз меньше, чем при сжатии. Прочность при растя­ жении обусловливает границы применения стекла при различных механических воздействиях на него.

Предел прочности стекла при сжатии обычных отожженных стекол находится в пределах 50—200 кГІмм2. У оконного стекла пре­ дел прочности при сжатии состав­ ляет 100 кГ/мм2.

Машина для вертикального вытягивания стекла представля­ ет собой прямоугольную чугун­ ную шахту (рис. 41), состоящую из нескольких звеньев, скреплен­ ных болтами. По высоте шахты для транспортирования ленты расположено 13 и более пар валиков. Такое количество необ­ ходимо для обеспечения подъема ленты с наименьшим удельным давлением на нее.

При вертикальном, лодочном способе выработки оконного стекла стеклянную ленту фор­ муют через узкую щель в ша­ мотной лодочке, погруженной на определенную глубину в стек­ ломассу (рис. 42). При заглуб­ лении лодочки в стекломассе соз­ дается напор, в силу которого она выдавливается через щель лодочки и далее, затвердевая

При движении ленты от щели вверх по шахте (около 7 м), она про­ ходит через различные тепловые зоны. В нижней зоне происходит ин­ тенсивное охлаждение. После этого лента проходит зону отжига с ин­ тервалом температур 540—350°. Протяженность этой зоны зависит от толщины ленты и скорости вытягивания (обычно она оканчивается

Лента

Лодочка.

Рис. 42. Шамотная лодочка для вертикального вытяги­ вания оконного стекла

Рис. 43. Асбестовые валики для вытягивания стеклян­ ной ленты

в пределах 4—5 пар валиков). Далее лента до места отлома охлаж-. дается воздухом от вентилятора.

Отжиг стекла имеет существенное значение в производстве стекла. Наружные слои нагретого стекла остывают быстрее, чем внутренние. После отжига и охлаждения стекло надрезается, отламывается, затем его отбортовывают, размечают и сортируют.

Безлодочное формование стеклянной ленты (рис. 44) позволяет обеспечить более высокие скорости вытягивания. Высота машины вы­ тягивания в этом случае равна 8—12 м. Применяют машины верти­ кального и горизонтального вытягивания.

При безлодочном горизонтальном вытягивании стеклянная лента сначала вытягивается со свободной поверхности вертикально, а затем

100

в размягченном состоянии перегибается через вал и продолжает дви­ жение в горизонтальном направлении (рис. 45).

В горизонтальных печах легко регулируется температурный ре­ жим, что позволяет вытягивать ленты большей толщины. Предел проч­ ности при растяжении можно увеличить в 4—6 раз путем закалки

стекла. Наличие на поверхности стекла трещин, царапин и других повреждений могут снизить прочность на растяжение в несколько раз.

Твердость стекла по Моосу находится в пределах 5—7. Хрупкость стекол определяют прочностью на удар и работой удара, отнесенной к единице объема разрушенного образца. Закалка стекла повышает его сопротивляемость удару в 5—6 раз.

10J

Для производства стекла все сырьевые материалы можно разде­ лить на две основные группы: главные и вспомогательные.

Г л а в н ы е с ы р ь е в ы е м а т е р и а л ы представляют собой кислотные, щелочные и щелочноземельные окислы. В число их вхо­ дят кремнезем, борная кислота, бура, глинозем, окиси натрия, каль­

кварцита. Содержание окислов железа в песке при производстве окон­ ного стекла не должно превышать 0,05%. Примеси окислов хрома, ти­ тана и железа окрашивают стекло и понижают его светопропускание. Содержание песка, основного сырьевого компонента шихты, составляет 60—70%.

Борная кислота (Н3 В03 ) и бура (Na2 B4 07 ) ускоряют провар стекла, снижают возможность кристаллизации, улучшают осветление, сни­ жают коэффициент расширения и повышают термическую и химиче­ скую стойкость стекла.

Глинозем вводят в шихту в виде безводной и водной окиси алюми­ ния (А12 03 ), полевых шпатов, коалина, глины, нефелина. Глинозем снижает коэффициент расширения стекла, повышает твердость, меха­ ническую прочность и химическую стойкость стекла.

Окись натрия (Na2 0) вводится в шихту в виде сульфата натрия и соды. Окись натрия ускоряет процесс образования стекла, осветляет стекломассу; но вместе с тем она, эта окись, повышает коэффициент расширения и снижает термическую и химическую стойкость стекла.

Окись калия (К2 0) вводят в шихту в виде поташа и селитры. Для

мела. Окись кальция облегчает варку стекла, способствует его освет­ лению и несколько повышает химическую стойкость стекла.

Окись магния (MgO) в виде доломита, магнезита или жженой магне­ зии понижает склонность стекломассы к кристаллизации, увеличивает его механическую прочность и химическую стойкость стекла.

Окись бария (ВаО) в виде углекислого или сернокислого бария улучшает блеск стекла.

Окись свинца (РЬО) вводят в шихту в виде свинцового глета или свинцового сурика. Окись свинца повышает блеск стекла и его способ­ ность к гранению, шлифовке и полировке. Эту окись применяют при производстве декоративных изделий из стекла.

Окись цинка (ZnO) в виде цинковых белил применяют при изготов­ лении химически и термически устойчивых стеклянных изделий и цвет­ ных стекол.

В с п о м о г а т е л ь н ы е с ы р ь е в ы е м а т е р и а л ы . Для получения стекол различных цветов в состав шихты вводят соответст­ вующие красители, представляющие собой в основном окислы тяжелых

102

ганца, кобальта, хрома, ванадия, железа, урана, а коллоидные — зо­ лота, меди, селена, серебра и др.

Соединения марганца придают стеклу фиолетовую окраску, соеди­ нения кобальта — синюю, хрома — зеленую, железа — желтые и коричневые цвета, окись меди придает стеклу голубые и зеленые цвета; окислы ванадия окрашивают стекло в зеленые цвета, но менее интенсивные, чем окислы хрома; соединения кадмия — в интенсивные желтые цвета, соединения урана — в желтый и бурый цвета, соедине­ ния селена — в красный и розовый цвета, соединения золота (хлорное золото) — в красный до темно-красного (золотой рубин), соединения серебра — в золотисто-желтые цвета.

П о д г о т о в к а с ы р ь я . До составления сырьевой смеси — шихты — большинство сырьевых материалов подвергают предвари­ тельной обработке. Главную составную часть этой смеси — кварцевый песок — обогащают, сушат и просеивают. Обогащение песка заклю­ чается в снижении содержания окислов железа в нем до нормы.

Все вспомогательные сырьевые кусковые материалы (известняк, доломит и др.) проходят следующие виды обработки: дробление, сушку, тонкий помол, рассев и магнитную сепарацию.

П р и г о т о в л е н и е ш и х т ы — это ответственный этап в про­ изводстве стекла, так как от однородности смеси будет зависеть ка­ чество стекломассы. Если шихта неоднородна, в стекле может образо­ ваться ряд пороков, портящих его внешний вид и снижающих его ка­ чественные показатели (полосность, повышенная хрупкость, недоста­

Периодические горшковые печи применяют для варки стекол высо­ кой однородности и светопрозрачности (оптические) или требующие специальных режимов (цветные, глушеные). Периодические способы варки стекла менее экономичны, чем непрерывные, поэтому более распространены печи непрерывного действия.

Варку цветных и глушеных стекол производят также в перио­ дических ванных печах.

Способы производства листового стекла. Массовым является про­ изводство листового оконного стекла, которое в настоящее время пол­ ностью механизировано.

Применяются следующие способы выработки листового оконного стекла:

вертикальное вытягивание ленты стекла через лодочку; тоже, со свободной поверхности стекломассы (безлодочный способ); горизон­ тальное вытягивание ленты стекла.

Кроме указанных способов производства листового стекла, сущест­ вует метод его проката. Этим способом изготовляют стекла больших размеров, цветное глушеное стекло — марблит, стекло с узорчатой

103