книги из ГПНТБ / Кропотов В.Н. Строительные материалы учеб. для [архитектур.] вузов
.pdf
А. В. Щусев). Камни мавзолея, хорошо подобранные по цвету, оттен кам и структуре, создают впечатление большой монолитности и мону ментальности всего сооружения. Величие композиции мавзолея за ключается не в грандиозных размерах сооружения, не в применении сложных каменных форм, а в простоте и лаконичности архитектуры (рис. 17).
Стены мавзолея выполнены из красного лезниковского гранита (УССР), венчающая часть — из шокшинского кварцита (Карельская АССР), средний пояс и порталы — из темного головинского лабрадо рита и слипчицкого габбро (УССР).
В районах, где камень является местным материалом и обработка его не представляет больших трудностей (мягкие известняки, ракушеч ники, вулканические туфы), эти камни применяют как основной стено вой материал. К числу районов, где эти камни широко используют как в городском, так и в сельском строительстве, можно отнести Южную Украину, Молдавию, Крым, Армению, в частности города Одессу, Се вастополь, Баку, Ереван, Тбилиси.
Широкое применение этих камней в строительстве наложило опре деленный отпечаток на архитектуру этих городов (рис. 18).
Природные каменные материалы особенно хорошо зарекомендовали себя в качестве отделочного материала, незаменимого по красоте и мо нументальности в облицовке фасадов зданий, их интерьеров, а также для изготовления архитектурных деталей. Разнообразие структуры, текстуры и окраски отделочных камней раскрывает перед архитекто рами большие творческие возможности.
Облицовочные камни использованы и в отделке такого современ ного общественного здания, как Кремлевский Дворец съездов (рис. 19). Достаточно сказать, что общая площадь каменных облицовок в нем превышает 358 тыс. м2. Из них около 9 тыс. м2 коелгинского мрамора использовано на облицовку пилонов по всему фасаду здания. Цоколь, ступени стилобата и его замощение выполнены из серого янцевского и жежелевского гранитов. Пол гардероба покрыт полированным красным карлахтинским гранитом. Пол фойе, стены лестниц облицованы коелгинским мрамором. Пилоны и стены Банкетного зала облицованы пуштулимским мрамором. В облицовке интерьеров дворца использованы также агверанский, давалинский, прохорово-баландинский мраморы.
Все эти отделочные камни получили различную фактурную обра ботку: точечную, рифленую, лощеную и полированную. Всего в отделке Дворца съездов применено 18 видов отделочных камней. Прогулочная терраса вокруг залов приема покрыта светлыми рифлеными плитками из литого камня — долговечного и износоустойчивого материала.
Для отделки здания Московского университета на Ленинских го рах было применено более 100 тыс. м2 природного камня.
Облицовочный камень также широко использован в архитектуре аэропортов Внуково, Шереметьево и Домодедово, в высотных обще ственных и жилых зданиях в Москве, Ленинграде, в республиканских столицах и городах.
Г Л А В А 111
КЕРАМИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
1. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ В АРХИТЕКТУРЕ
Изделия, получаемые из различных глин или других неорганиче ских неметаллических материалов путем их формирования, сушки и последующего обжига, называются к е р а м и ч е с к и м и .
Керамика как строительный материал была открыта в глубокой древности. Следы древней керамики, насчитывавшей 6—8 тысячелетий, сохранились в Древнем Египте, Греции и на территории нашей страны в низовьях Днепра, Днестра, Буга. Большое развитие керамика полу чила в Месопотамии, Средней Азии, Древней Индии, Китае и Японии. У греков и римлян керамика как строительный материал достигла не обычайного расцвета. В этих странах из глины изготовляли обожжен ный кирпич, кровельную черепицу, водопроводные трубы, архитектур ные детали и разнообразные сосуды.
В древней Руси, богатой лесом, глина как строительный м-атериал применялась гораздо меньше, чем на Востоке и в Средней Азии. Вместе с тем печи для обжига керамических изделий во Владимире и Суздале имелись еще в X I I в., а плоский кирпич плинфа изготовлялся в X I в. для кладки стен Софийского собора в Киеве. В Москве в X V в., в Гон чарной слободе, кроме посуды и различных предметов домашнего оби хода, производились многоцветные изразцы, глазурованные и распис ные кирпичи, черепица. К числу шедевров древнего кирпичного зод чества следует отнести церковь в Коломенском и собор Василия Бла женного в Москве, построенные более 500 лет тому назад.
Вдальнейшем кирпич в России широко применялся для строитель ства кремлей, крепостных стен, церквей и жилых домов. Сохранилось много кирпичных зданий, украшенных майоликой и изразцами, в та ких старых городах, как Ярославль, Суздаль, Углич.
В1744 г. в России был основан фарфоровый завод. Честь создания отечественного фарфора принадлежит талантливому русскому ученому керамику Д. И. Виноградову.
Внаше время, в период широкой индустриализации строительного производства, кирпич стал применяться в относительно меньших объемах. Однако из этого не следует, что керамические стеновые мате риалы отжили свой век. Повсеместное распространение исходного сырья для кирпича — глины, простота его изготовления и длительный
56
Примерами разнообразного применения различных видов отделоч ной керамики богато восстановительное строительство в Киеве, Волго граде и других городах. Здесь применены терракотовые и майоликовые керамические детали, панно и мозаика (см. цветную вклейку).
Отделочная керамика широко использована в высотном здании Московского государственного университета. Майоликовую отделку можно увидеть в подземных станциях метрополитена и в частности в вестибюлях станций московского метро Таганская, Проспект Мира, Киевская и др.
Русскими учеными акад. В. И. Вернадским, проф. П. А. Земятченским были подробно изучены сырьевые запасы керамической промыш ленности. Впоследствии, развивая науку о керамике, советские ученые академики Е. И. Орлов и П. П. Будников, профессора Б. С. Швецов, Д. Н. Полубояринов, Р. Л. Певзнер и другие создали уже новую тех нологию с высоким механизированным производством самых разнооб разных изделий (пустотелая, облицовочная и огнеупорная керамика).
2. СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ИЗДЕЛИЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ
Общие понятия. Основным сырьем для изготовления строительных керамических изделий служат каолины и другие глины; в качестве вспомогательных сырьевых материалов применяют пески кварцевые и шлаковые, шамот, а также выгорающие добавки органического проис хождения (древесные опилки, угольная крошка, торф).
В природе глинообразующие минералы образовались при разру шении силикатных горных пород, главным образом, под влиянием воды
и углекислоты по следующей реакции |
|
|
К 2 0 • А12 03 • 6Si02 |
+ 2 Н 2 0 + С0 2 = К 2 С 0 3 |
+ 4Si02 + А1Д, • 2Si02 • 2 Н 2 0 |
( о р т о к л а з) |
(поташ) |
(каолинит) |
Чистые глины, состоящие преимущественно из минерала каоли |
||
нита, принято называть к а о л и н а м и ; |
они обладают ясно выражен |
|
ным керамическим строением и сравнительно малой пластичностью; цвет их от чисто белого до светлого.
Обычные глины отличаются от каолинов большим разнообразием минералогического и химического состава. Проф. П. А. Земятченский дал следующее определение глины: «Глиной называются землистые минеральные пески, или иначе, землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании со храняющее приданную ему форму, а после обжига получающее твер дость камня».
В минералогическом отношении глины представляют тесную смесь различных минералов, среди которых основная роль принадлежит глинообразующим минералам, группе алюмокремневых и феррокрем-
невых кислот; наибольшее значение из них |
имеет каолинит |
(Al2 03-2Si02-2H2 0). Из других минералов в глинах |
чаще всего встре- |
58
чаются кварц, слюда, полевые шпаты, серный колчедан, кальцит, магнезит и др. Кроме того, глины нередко содержат примеси различ ных органических веществ.
Все минералы, входящие в состав глин, можно разделить на две группы. Одна из них, будучи выделена из глины, совершенно лишена пластичности, другая же, наоборот, проявляет высокие пластические
свойства. Эту группу минералов принято называть глинистой |
субстан |
||
цией. Частицы ее отличаются большой тонкостью и имеют |
размеры |
||
меньше 0,005 мм. |
|
|
|
По отношению к высоким температурам глины подразделяют на |
|||
три группы: огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. |
|
||
О г н е у п о р н ы е |
г л и н ы |
отличаются высокой |
огнеупор |
ностью, нижняя граница |
которой |
условно принята не ниже 1580°. |
|
К этой группе относят более чистые глины: от каолинов они отличаются большей дисперсностью и менее ясно выраженным кристаллическим строением. Как правило, они обладают высокой пластичностью. Огне упорные глины, имеющие в обожженном виде чисто белый цвет, назы вают фарфоровыми, и применяют их для производства фарфора и фаянса.
Т у г о п л а в к и е г л и н ы имеют огнеупорность в пределах 1350—1580° и содержат значительно больше примесей, чем огнеупор ные. Применяют их главным образом в производстве кислотоупоров, облицовочных блоков, плиток.
Л е г к о п л а в к и е г л и н ы имеют огнеупорность ниже 1350°. Имея значительное количество примесей, они применяются преимуще ственно в производстве строительного глиняного кирпича, черепицы, блоков и других строительных изделий.
Свойства глин. Х и м и ч е с к и й с о с т а в . В зависимости от содержания глинозема А12 03 в прокаленной глине глиняное сырье классифицируется на следующие четыре группы по содержанию А12 03 : высокоосновные — более 40%; основные — 30—40, полукислые 15—30 и кислые—менее 15%.
Влияние химико-минералогического состава на технические свой ства глин сводится в основном к следующему. С повышением содержа ния в глине свободного кремнезема, не связанного с А12 03 в глинистые минералы, связующая способность глин сильно уменьшается, пони жается предел прочности обожженных изделий и повышается их пори стость. Из глин, содержащих менее 6—8% А12 03 и более 80—85% Si02 , изделий строительной керамики получить не удается.
Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огне упорность глины. Для легкоплавких глин, применяемых для изделий строительной керамики, примесь железистых соединений не вредна.
Наличие в глинах углекислого кальция и гипса понижает их огне упорность, уменьшает интервал спекания и увеличивает пористость. Следовательно, присутствие этих компонентов в глинах нежелательно.
Значительное содержание в глине углекислого кальция (15—30%) в распыленном состоянии увеличивает пористость обожженных изде лий, уменьшает морозостойкость и предел прочности при сжатии и из гибе. Однако если углекислый кальций содержится в глинах в виде частиц размером 1 мм и крупнее, то изделия растрескиваются после
обжига ввиду увеличения в объеме окиси кальция при воздействии на
него влаги (появляются «дутики»). |
|
|
Г р а н у л о м е т р и ч е с к и й |
(зерновой) с о с т а в |
выражает |
количественное соотношение частиц |
разного размера (так |
называе |
мые фракции). От гранулометрического состава зависят такие техни ческие свойства глины, как пластичность.
Большое содержание в глинах тонких или так называемых глини стых частиц (от 0,005 до 0,0001 мм) повышает их пластичность, а сле довательно, и усадку, так как высокопластичные глины требуют боль шего количества воды для получения глиняного теста нормальной густоты.
П л а с т и ч н о с т ь ю г л и н называют их способность при пе ремешивании с водой давать тесто, которое может принимать под влия нием внешних сил любую форму без образования трещин и сохранить эту форму после прекращения действия внешних усилий.
Необходимым условием для получения пластичного теста является смачивание твердой фазы жидкостью. Процесс образования пласти ческого теста при смешивании глины с водой протекает следующим образом. Вода проникает в поры между частицами глины и вытесняет из них воздух. Затем глинистые частицы, впитывая воду, сильно набу хают, вследствие чего глиняное тесто всегда занимает больший объем по сравнению с подвергаемой замачиванию сухой глиной. Процесс набухания глинистых частиц сопровождается выделением тепла. По верхность набухших частиц глинистого вещества покрывается тонкой водяной пленкой, а в промежутках между ними располагаются вода и частицы естественных или искусственно введенных в нее отощителей. Таким образом, в готовом глиняном тесте дисперсная среда имеет вид непрерывной сетки с замкнутыми ячейками, внутри которых помеща ются частицы твердой дисперсной фазы.
Прибавка воды к глиняному тесту выше определенного предела отдаляет друг от друга глинистые частицы, вследствие чего уменьшает ся сила взаимного притяжения между ними и на первое место высту пает уже основное свойство жидкостей — текучесть. В результате гли няное тесто теряет рабочую консистенцию, начинает липнуть к рукам, а затем, при дальнейшем прибавлении воды, перестает сохранять свою форму и становится текучим.
Для повышения пластичности глин применяют операцию вылежи вания их во влажном состоянии на воздухе; кроме того, глины вымора живают, а также гноят в темных подвалах; при этом происходит разрых ление материала и увеличивается его дисперсность.
Пластичность можно также повысить добавлением высокопластич ных глин. Самый распространенный метод повышения пластичности глин — их механическая обработка.
Метод понижения пластичности состоит, наоборот, в добавке к пла стичным глинам различных непластичных материалов (отощающих до бавок): кварцевого песка, шамота (обожженная измельченная глина),
шлака, |
древесных |
опилок, крошки |
угля и т. |
д. |
В о з д у ш н о й |
у с а д к о й |
(усушкой) |
называют уменьшение |
|
объема |
при сушке, величину усадки выражают в процентах от перво- |
|||
60
начального размера |
образца. У кирпичных глин усадка колеблется |
|
в пределах от 4 до |
15%. |
|
О т н о ш е н и е |
г л и н к в ы с о к о й |
т е м п е р а т у р е . |
Помимо пластичности, к числу основных и характерных свойств глин можно отнести превращение их при обжиге в прочную камневидную массу. Этот процесс сопровождается, а иногда обусловливается рядом других явлений, как-то: изменением цвета, удельного веса, потерей пластичности, уменьшением объема (огневая усадка), а при дальней шем повышении температуры — плавлением.
Изменение цвета глины после обжига чаще всего сводится к при обретению белой, желтоватой окраски (с разными оттенками) или крас ной (до буро-красной) различной интенсивности. Окраска глины после обжига в красный или коричневый цвет зависит главным образом от наличия окислов железа и количества кислорода в печи. При избытке кислорода цвет бывает красный.
Необратимая |
потеря пластичности |
происходит при обжиге глин |
до 600—800°; это явление связано с |
потерей химически связанной |
|
воды гидратными |
соединениями, входящими в состав глины. |
|
Огневая усадка обнаруживается у некоторых глин при нагревании до 400°. При повышении температуры огневая усадка до известного предела возрастает, а затем уменьшается, что объясняется процессом перерождения кварца или же деформацией образца. У кирпичных глин огневая усадка составляет 1—3%.
М е х а н и ч е с к а я п р о ч н о с т ь заметно повышается у не которых глин уже при нагревании до 700° в результате увеличения сил сцепления частиц между собой. При температуре выше 1300° происходит плавление многоплавких составных частей глинистого материала и их химическое взаимодействие.
Плавлению предшествует процесс спекания, т. е. такое состояние, при котором начинает образовываться жидкая фаза вследствие плавле ния некоторых минеральных частиц, более легкоплавких, чем основ ная масса глинистого материала.
О степени спекания судят по величине водопоглощения обожженно го изделия; за начало спекания принимают низшую из температур об жига, при которой водопоглощение обожженного изделия составляет 5%.
Интервал между температурой начала спекания и температурой, соответствующей началу деформации, называется интервалом спека ния; для кирпичных глин он составляет 20—30°. Глины для изготов ления плиток для пола и клинкерного кирпича имеют интервал спе кания 100—150°.
Являясь неоднородным веществом, глина не имеет определенной точки плавления, а размягчается постепенно, в довольно широком ин тервале температур. За температуру плавления глины условно прини мают температуру, при которой трехгранная пирамида, полученная из глины со стороной верхнего основания (вершины), равной 2 мм, нижнего 8 мм и высотой 30 мм, сгибается настолько, что касается вер шиной или всей гранью основания, на котором она установлена.
Глины, обладающие средней и высокой пластичностью, редко ис-
61
пользуют без добавок непластичных материалов. Последние вводят в состав многих керамических масс для уменьшения усадки при сушке и обжиге, улучшения формовочных свойств и облегчения отдачи воды при сушке.
Непластичные материалы могут быть неорганического или орга нического происхождения. Органические выгорающие добавки, по мимо сокращения воздушной усадки, увеличивают пористость и этим уменьшают объемный вес изделия, в результате чего снижается общий вес ограждающих конструкций зданий.
3. КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ ПО НАЗНАЧЕНИЮ
Изготовляемые на заводах разнообразные керамические изделия подразделяют на четыре группы в зависимости от их назначения.
К |
г р у п п е I |
относят конструкционные материалы, используе |
мые |
главным образом для кладки стен: |
|
а) |
пластического |
формирования: кирпич глиняный обыкновенный, |
то же пустотелый, то же пористо-пустотелый, кирпич лекальный кар низный, камни керамические пустотелые, кирпич строительный легко весный;
б) полусухого прессования: кирпич глиняный |
обыкновенный; то же |
пустотелый (пятистенный). |
|
Г р у п п а I I — архитектурно-строительные |
материалы, облада |
ющие прочностью, атмосферостойкостью и декоративными качествами: 1. Лицевые кирпичи и камни полнотелые и пустотелые: терракото вые, глазурованные, ангобированные, двухслойные, фактурные с вкрап лением в поверхность крошки камня, шлаков и клинкерный кирпич
для облицовки фасадов.
2.Плиты керамические фасадные.
3.Терракотовые архитектурно-художественные изделия.
4.Изразцы печные.
5.Фасадные керамические плитки полусухого прессования тер ракотовые, глазурованные.
6. Фасадная |
керамическая ковровомозаичная плитка. |
Г р у п п а |
I I I — санитарно-технические изделия, предназначен |
ные для изоляции стен и пола от проникновения влаги и газа, отвода фекальных вод:
1.Плитки керамические для внутренней облицовки стен.
2.Встроенные детали.
3.Мозаичные облицовочные плитки, изготовленные методом литья.
4.Плитки для мозаичных полов.
5. |
Плитки керамические для пола. |
6. |
Изделия санитарные фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые. |
Гр у п п а IV — специальные материалы:
1.Керамические трубы и коллекторные камни; дренажные трубы,
канализационные трубы; коллекторные |
трапецеидальные |
камни. |
||
2. |
Камни |
керамические пустотелые |
для межэтажных |
перекрытий. |
3. |
Кирпич |
глиняный лекальный для |
кладки сводов и труб. |
|
62
4.Крупные керамические панели для стен.
5.Виброкерамические блоки.
6.Кирпич клинкерный для мощения дорог.
7.Теплоизоляционные изделия: штучные (из трепела, диатомита и глины), сыпучие (керамзит).
8.Кровельные материалы: черепица плоская ленточная; черепица
пазовая ленточная; то же, штампованная; черепица коньковая. 9. Огнеупорные и тугоплавкие материалы.
4. ОБЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
В технологическом процессе производства различных керамических изделий основные этапы производства являются общими, но виды сырь евого материала, оборудование, параметры производства различны для каждого вида изделий.
Основными процессами производства керамических изделий на заводах являются следующие: добыча сырьевых материалов; обра ботка и подготовка сырьевого материала; формовка изделий; сушка сырца; обжиг изделий; обработка поверхностей изделий (шлифовка, обрезка, глазурование); сортировка, упаковка и хранение.
Добыча сырьевых материалов. Заводы строительной керамики строят обычно вблизи месторождений сырьевых материалов; следова тельно, карьер является неотъемлемой частью завода. Добыча сырье вого материала ведется круглый год с помощью экскаваторов; в ка
честве транспортных |
средств применяют мотовозы с вагонетками и ав |
томашинами. |
|
П о д г о т о в к а |
с ы р ь е в о г о м а т е р и а л а для формо |
вания состоит из операций разрушения природной структуры мате риала и получения однородной массы путем интенсивного смешивания основного сырья с добавками, а если требуется, то и с водой.
В зависимости от принятой технологии производства процесс под готовки может осуществляться полусухим или пластическим способом. В первом случае сырьевой материал высушивают и размельчают в тон кий порошок, который может быть перемешан с любой добавкой, после чего поступает на формование изделий, во втором случае сырьевой материал в специальных машинах раздробляют и разминают, после чего он уплотняется и перемешивается с добавлением воды. Способ полусухого прессования имеет преимущество перед пластическим фор мованием в том, что необходимость сушки отпадает, так как небольшая влажность сырцевых изделий не вызывает их растрескивания в процес
се обжига. |
|
|
Ф о р м о в а н и е |
к е р а м и ч е с к и х |
и з д е л и й , в за |
висимости от выбранного способа производства, заключается в прессо вании порошка, увлажненного до 8—10%, на гидравлических или меха нических прессах или в формовке тестообразной пластичной массы
свлажностью 20—25% на ленточных прессах.
Взависимости от формы и размеров изделий используют формовоч ное оборудование различного принципа действия и мощности.
63