Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология конструкционных материалов. Учебное пособие
.pdf
61
состоят из мельчайших частиц чешуйчатого строения. Наиболее распро-
№ п/п
Категория керамического
сырья по пластичности
Водопотреб-
ность, % по массе
Воздушная
усадка, %
1
Высокопластичное
Свыше 28
10…15
2
Средней пластичности
20…28
7…10
3
Малопластичное
Менее 20
Менее 7
странены и применимы каолиновые глины. Помимо глинистых минералов в составе глин могут присутствовать примеси в виде частиц кварца,
слюды, карбонатов, оксиды железа, титана.
По огнеупорности глины делят на огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Огнеупорные глины с показателем огнеупорности свыше
1580˚С после обжига приобретают белый цвет. Это наиболее чистые
глины, содержащие минимум примесей. Их используют в качестве сырья для производства огнеупорных изделий, фаянса и фарфора. Тугоплавкие глины с небольшим содержанием примесей имеют огнеупор-
ность в пределах 1350…1580◦С. Они применяются в производстве облицовочного кирпича, плиток для полов, канализационных труб. Легко-
плавкие глины с огнеупорностью ниже 1350◦С используются в производстве кирпича, черепицы. Огнеупорность глин выражается той температурой, при которой конус Зегера, сформованный из керамического
сырья в форме узкой усеченной трехгранной пирамиды высотой 30 мм,
размягчаясь, оседает, касаясь вершиной подставки, на которой он стоит.
Важнейшим техническим свойством глин является их пластичность. Чем выше пластичность глины, тем больше воды требуется для
приготовления формовочной массы, тем больше воздушная усадка при
сушке (табл.6). Повышенная водопотребность высокопластичного сырья
и связанная с ней большая усадка при сушке являются причиной образования трещин на поверхности изделий.
Таблица 6
Зависимость свойств керамического сырья от его пластичности
называемые отощающие добавки: обожженную и размолотую тугоплавкую (шамот) и легкоплавкую дегидратированную глину, шлаки,
золы, кварцевый песок.
теплопроводности и условий обжига изделий, вводят порообразующие
добавки. В качестве порообразователей могут служить выгорающие до-
С целью понижения трещинообразования в состав сырья вводят так
Для повышения пористости, способствующей снижению массы,
62
бавки, в частности древесные опилки, каменный уголь, а также диссоциирующие добавки, выделяющие при нагревании газообразные продукты. Например, доломит при нагреве до 700оС диссоциирует, выделяя углекислый газ:
MgCO3 СаСО3 = MgO СаСО3 + CO2.
Подготовка сырьевой смеси состоит в получении однородной удобоформуемой массы. Разрушается природная структура глины. Глину
рыхлят в глинорыхлителях, дробят на вальцах грубого и тонкого помола
и, смешивая с добавками, увлажняют и обрабатывают на бегунах. Полученная смесь подвергается формовке методом литья, пластическим или
полусухим способом.
По литьевой технологии в шаровых мельницах приготавливают
шликер – жидкую массу влажностью 30…34 %. Формовка ведется методом литья в гипсовые разъемные формы. С течением времени стенки
гипсовых форм поглощают влагу и адсорбируют на своей поверхности
плотный слой керамической массы. Оставшуюся часть шликера сливают, и после подсушивания изделия и отделяют от форм.
При формовке пластическим способом сырьевая смесь влажностью
14…25 % направляется в вакуумный ленточный пресс, из которого выдавливается брус заданного профиля, соответствующего размерам поперечного сечения изделия.
При полусухой технологии сырьевая смесь влажностью 2…14 %
прессуется на прессе под давлением 15…50 МПа. Ввиду исходной пониженной влажности сырья после формовки отпадает необходимость в
сушке.
При производстве изделий по литьевой и пластической технологии
сушку сырца производят в естественных условиях или в сушилках. В
камерных и туннельных сушилках сушка осуществляется обычно подогретым до 60оС воздухом. При сушке изделия испытывают воздушную
усадку, связанную со сближением частиц вследствие удаления воды.
После сушки до влажности менее 10 % изделия подвергают обжигу.
Для обжига применяются электрические, туннельные, кольцевые и вращающиеся печи. При обжиге изделия нагреваются, обжигаются и охлаждаются. При температуре около 100оС удаляется механически связанная вода. Химически связанная вода отделяется при температуре 400оС.
Разложение безводного каолинита на оксиды происходит в интервале
температур 700…800оС. Начиная с 900оС оксид кремния вновь соединя-
63
ется с оксидом алюминия, образуя минерал муллит - 3Al2O
.
2SiO2, отли-
3
чающийся водостойкостью, термостойкостью и прочностью. Силикатный расплав при охлаждении цементирует твердые частицы керамического изделия. При обжиге повышается плотность изделий, что связано
с огневой усадкой, происходящей под влиянием сил поверхностного
натяжения расплава.
2.2.2. Конструкционная фасадная керамика
Кирпич керамический получают из легкоплавких глин с корректирующими порообразующими и отощающими добавками. В качестве
добавок применяют обычно древесные опилки, молотый каменный
уголь, дегидратированную глину. Кирпич изготавливают пластическим
или полусухим способом. По пластической технологии кирпич формуют
на ленточном вакуумном прессе в виде бруса, который затем разрезается на отдельные кирпичи с помощью многострунного резательного аппарата. Затем сырец направляют на сушку в туннельные или камерные
сушилки, в которых происходит сушка до влажности не более 8 % отходящими газами печей обжига. Высушенный сырец перекладывают на
огнеупорные вагонетки и обжигают в туннельных или кольцевых печах.
Наиболее прогрессивна по устройству туннельная печь. Она представляет собой туннель длиной около 90 м, в котором по рельсам периодически перемещаются вагонетки с высушенным сырцом. В средней зоне
печи располагаются газовые или мазутные горелки, здесь происходит
обжиг кирпича. В конце туннельной печи располагаются вентиляторы
для охлаждения обожженного кирпича. В кольцевой печи, представляющей собой замкнутый кольцевой туннель, кирпич в процессе обжига
неподвижен, а перемещается зона сжигания топлива.
Кирпич одинарный изготавливают размером 250х120х65 мм. Утолщенный кирпич имеет толщину 88 мм. По прочности кирпич керамический выпускают марок 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Качество кирпича по внешнему виду оценивается по наличию пороков, включая отклонения от линейных размеров, неперпендикулярность граней, присутствие
сквозных трещин, отбитостей ребер и углов, степень обжига. Водопоглощение кирпича марок ниже 150 не должно быть ниже 8 % по массе. Для
кирпича марок 150 и выше нормируется водопоглощение по массе не ниже
6 %. По морозостойкости кирпич должен иметь марку не ниже F15. Кирпич применяют для возведения наружных и внутренних стен.
Кроме полнотелого кирпича выпускается кирпич керамический пу-
стотелый. Он изготавливается полусухим или пластическим способом
64
из тщательно переработанной смеси на прессах, оборудованных пустотообразователями. Кирпич может иметь круглые, квадратные или щелевые пустоты, снижающие массу до 1300…1450 кг/м3 и улучшающие
теплозащитные свойства. Выпуск пористых и пустотелых керамических
изделий взамен полнотелых уменьшает расход сырья, топлива, снижает
транспортные расходы, повышается производительность сушилок и печей обжига. Облегченные керамические изделия позволяют снизить
толщину стен и уменьшить нагрузку на фундамент. Их производство
требует более тщательной переработки глинистого сырья.
Для изготовления лицевых камней и кирпича используют легкоплав-
кие и тугоплавкие светложгущиеся глины средней и умеренной пластичности, с хорошими формовочными свойствами, высокой связующей
способностью, низкой чувствительностью к сушке и дающие пористость в изделиях 8…14 %. Если сырье не отвечает данным требованиям, необходимо улучшать или изменять его свойства различными методами.
2.2.3. Армированная керамика
Керамика обладает сравнительно малой прочностью при растяжении, недостаточной ударной вязкостью. На преодоление этих недостатков нацелено армирование керамики металлическими волокнами. Чтобы армирующий материал и керамическая матрица работали совместно,
необходимо, чтобы между керамикой и волокнами существовала достаточно прочная связь. Ударная вязкость и термостойкость керамики,
армированной металлическими волокнами, обычно намного выше, чем
неармированной. При этом большое значение имеют коэффициенты
теплового расширения керамики и металла. Если керамика расширяется
при нагревании сильнее металла, то в ней образуются микротрещины и
механическая прочность армированной композиции становится меньше, чем у неармированной. Когда же наблюдается обратная картина,
можно добиться заметного повышения механической прочности металлокерамического композиционного материала. Наряду с правильно подобранной комбинацией материалов большое значение имеет геометрия волокон и их ориентация в основном материале. При изготовлении
армированной керамики главными технологическими факторами,
определяющими качество изделий, являются степень упорядоченности
в расположении армирующих волокон, смачиваемость волокон, определяющая адгезию их к керамической матрице, зерновой состав керамического сырья, температура спекания, степень армирования. Извест-
65
ны следующие методы изготовления армированной керамики: шликерный, горячее прессование, уплотнение вибрацией. Самую большую
плотность изделий удается получить, применяя горячее прессование. В
этом случае обеспечивается «ненапряженное» состояние композиции
при температуре спекания. Смесь керамического порошка с металлическими волокнами прессуется под давлением 15,0…35.0 МПа с последующей выдержкой при температуре спекания до максимального
уплотнения. К сожалению, вследствие высокой стоимости, армированные керамические изделия не находят применение в строительстве.
2.3. ДРЕВЕСИНА
2.3.1. Строение и свойства древесины
Древесина представляет собой ткань высших растений. Она состоит
из высокомолекулярных и низкомолекулярных углеводородов - целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, а также кислот, смол, эфирных масел,
жиров, стеаринов и минеральных веществ.
На макроуровне строение древесины изучают по торцовому срезу,
на котором выделяют кору, луб, камбий, заболонь, ядро и сердцевинную
трубку. Кора представлена пробковым слоем. Камбий – слой живых
клеток. Заболонь содержит отмершие и живые клетки, проводящие питательные вещества. Заболонь составляет наиболее молодую и наиболее
влажную часть древесины, примыкающую к камбию. Ежегодно из камбия формируется новый слой заболони и новый слой клеток луба, расположенного под корой. Сердцевинная трубка состоит из тонкостенных
клеток рыхлой первичной ткани. Она низкопрочна и легко загнивает.
Ядро представляет собой совокупность отмерших клеток, расположенных вокруг сердцевинной трубки. Это - так называемая спелая древесина, которая может выделяться более темным цветом, поскольку со временем пропитывается смолой и дубильными веществами. Ядро отличается высокой плотностью и стойкостью к загниванию.
По макростроению различают древесные породы заболонные, ядровые и спелодревесные. У заболонных пород нет ядра, и вся древесина
состоит из заболони. Такое строение имеют береза, ольха, клен. У ядровых пород ядро четко выделяется темной окраской. К ядровым породам
относят сосну, дуб, кедр. У спелодревесных пород ядро имеется, но
окраской от заболони оно не отличается. Такие породы, как ель, пихта,
бук, являются спелодревесными породами.
66
На торцевом срезе древесины отчетливо просматриваются годовые
кольца. Каждое кольцо соответствует одному году жизни древесины. В
каждом годовом кольце имеется два слоя, отличающиеся цветом и
плотностью. В весенний период роста, вследствие интенсивного перемещения питательных веществ, формируется слой годового кольца древесины из тонкостенных клеток с большими полостями. Этот слой годового кольца называют весенней или ранней древесиной. В летний период образуется слой более плотной древесины, состоящей из клеток с
более толстыми стенками и небольшими полостями. Этот слой древесины называют летней или поздней древесиной.
Микроструктура древесины характеризуется наличием вытянутых
вдоль ствола, веретенообразных клеток, стенки которых содержат целлюлозу (С6Н10О5)n – природный полимер.
Свойства древесины зависят от влажности. Влага в древесине мо-
жет содержаться в стенках клеток и в их полостях. Влага, находящаяся
в полостях клеток, называется свободной, а в стенках – гигроскопической. При высыхании сначала древесина теряет свободную влагу, а затем гигроскопическую. Предельное содержание гигроскопической влаги
называют точкой насыщения волокон. Оно составляет обычно 25…35 %
и в среднем 30 %. Древесина гигроскопична. Установлено, что каждому
сочетанию температуры и влажности воздуха соответствует своя равновесная влажность древесины. Равновесной влажностью W называется
такая влажность, которую приобретает древесина, длительно находясь в
постоянных температурно-влажностных условиях. Инженер Н.Н. Чулицкий составил номограмму зависимости равновесной влажности древесины от температуры и влажности воздуха. Понижение влажности древесины ниже точки насыщения волокон сопровождается усушкой. Объемная усушка Уо определяется в процентах:
Уо=(V1-V2)100/V2 ,
где V1 – объем древесины до усушки, см3;
V2 – объем древесины после усушки, см3.
Величина усушки зависит не только от процента изменения влажности, но и от породы древесины. Коэффициент объемной усушки Ко
показывает величину объемной усушки породы древесины, приходящуюся на один процент изменения влажности:
Ко=Уо/ ( W1-W2),
где W1- влажность древесины до усушки, см3;
67
W2 – влажность древесины после усушки, %.
Коэффициент объемной усушки сосны составляет 0,5, а березы, соответственно, 0,6.
Влажность древесины 12 % принято считать стандартной. Средняя
плотность древесины при стандартной влажности может быть вычислена исходя из значений средней плотности при равновесной влажности:
γ
= γw[1 + 0,01(1- Ко)( 12-W)],
12
где γw – средняя плотность древесины при равновесной влажности W;
W – влажность древесины в момент испытания.
Зависимость прочности древесины стандартной влажности σ
от
12
прочности древесины при равновесной влажности σW выражается формулой
σ12= σW[1 + α(W-12)].
Коэффициент α отражает зависимость прочности данной породы
древесины от изменения ее влажности. Для большинства пород коэффициент α составляет 0,035…0,05.
Характерным свойством древесины является анизотропия. Вследствие анизотропии свойства древесины в продольном и радиальном
направлении заметно отличаются. Например, коэффициент теплопроводности в радиальном направлении в два раза ниже, чем в продольном. Свойства древесины различных пород могут отличаться также
существенно. Например, в зависимости от породы древесины прочность при сжатии вдоль волокон может изменяться в пределах
35,0…70,0 МПа, а при растяжении – в пределах 80,0…130,0 МПа.
2.3.2. Пороки древесины
Особенности роста и признаки разрушения древесины, снижающие
ее сорт, называют пороками. Наиболее распространенными видами пороков являются трещины и сучки. Трещины возникают как в растущем
дереве, так и в срубленной древесине. В растущем дереве могут возникнуть трещины от мороза – «морозобоины», солнца – солнечные
трещины или от раскачивания ветром. В срубленной древесине появляются трещины усушки. Радиальную внутреннюю трещину, не выходящую на поверхность, называют метиком. Трещины усушки и морозобоины обычно радиальные, наружные. Трещину, располагающуюся по
годовому кольцу, называют отлупом. Значительно понижается сорт-
68
ность древесины от присутствия сучков. Сучки представляют собой основания ветвей. Различают сучки здоровые и загнившие, выпадающие
и сросшиеся с основной древесиной. Сучки, являясь участками существенного изменения направления волокон, могут затруднять механическую обработку древесины, ослаблять прочность изделий и понижать
их качество. Гниль на древесине – признак поражения древесины
грибковыми микроорганизмами, которые способны с помощью своих
ферментов расщиплять целлюлозу до глюкозы и использовать ее как питательную среду.
К порокам строения древесины относят закомелистость, косослой,
крень, смещение сердцевины, завиток, свилеватость, засмолок, водослой, двойную сердцевину. Закомелистось состоит в резком увеличении диаметра ствола у основания. Косослой проявляется в отклонении
волокон древесины от продольной оси изделий, что снижает их прочность на растяжение и изгиб. Крень выражается в ненормальном однобоком утолщении годовых колец, возникающем обычно в наклонно
стоящих и покривленных деревьях. Кривизна представляет собой искривление продольной оси ствола. Свилеватость – волнистое расположение волокон древесины. Завиток – местное искривление волокон
древесины. Древесина сердцевины, как легко загнивающая и низкопрочная, не допускается в растянутых и изгибаемых элементах деревянных конструкций. Двойная сердцевина, обнаруживаемая в сросшихся стволах, существенно снижает выход деловой древесины. Засмолок представляет собой местное скопление смолы, затрудняющее
механическую обработку древесины. Водослой – местное скопление
влаги в древесине. Водослой усиливает склонность к короблению изделий при сушке.
2.3.3. Меры защиты древесины от разрушения
Древесина разрушается под действием огня, по причине гниения и
вследствие жизнедеятельности дереворазрушающих насекомых. Древесина возгорается при нагреве до 270…300оС. Самовоспламенение
древесины происходит при температуре 330…470оС. Для защиты древесины от возгорания используют огнезащитные краски, покрытия и
пропиточные составы – антипирены.
Группу огнезащитной эффективности защитных средств оценивают
по потере массы образцами после горения в течение 2 мин в пламени
газовой горелки. К I группе огнезащитной эффективности относят сред-
69
ства, делающие древесину трудносгораемой. Потеря массы ее образцов
при испытании не должна превышать 9 %. II группу огнезащитной эффективности составляют средства, делающие древесину трудновоспламеняемой и имеющей потерю массы при испытании в пределах 9…25 %.
К III группе относят сгораемые материалы. Потеря их массы превышает при испытании 25 %.
В последнее время широко применяются вспучивающие и невспучивающиеся огнезащитные покрытия. Огнезащитные покрытия образуют термоизолирующий слой, который предохраняет древесину от
термического разложения.
Огнезащитные силикатные краски состоят из калиевого жидкого
растворимого стекла, тонкомолотого кварцевого песка, мела, магнезита.
Водно-дисперсионная краска «Пирекс» НПП «Рогнеда» при
нагреве образует термозащитный экран из твердой негорючей пены.
При расходе 300 г/м2 образует ровное матовое покрытие I группы огнезащитной эффективности, в основном белого цвета. Краску можно колеровать. Огнезащитная краска «Эврика» фирмы «Крилак» представляет собой суспензию белого цвета из термостойких газообразующих и
пенообразующих наполнителей в полимерной эмульсии. При расходе 400
г/м2 создает огнезащиту I группы эффективности на период не менее 15
лет.
Вспучивающее покрытие института ВНИИПО представляет собой
смесь термостойких наполнителей в водном растворе полимерных связующих – эпоксидных, мочевиноформальдегидных, поливинилхлоридных. Наполнители из фосфорнокислой мочевины и аминопроизводных
фосфорной кислоты вспучиваются при нагреве. Невспучивающееся покрытие института ЦНИИСК им. Кучеренко ОФП получено на основе
фосфатных цементов.
Лак «Крона» фирмы АО «Крона Лак» совмещает огнезащитные и
антисептические свойства. Представляет собой бесцветную прозрачную жидкость, наносимую кистью, валиком или распылением. При
расходе 600…800 г/м2 покрытие обеспечивает I группу огнезащитной эффективности на срок не менее 5 лет.
Огнезащитный лак «Терма» для наружных и внутренних работ
представляет собой суспензию светло-коричневого или светло-серого
цвета, создающую I группу огнезащитной эффективности при расходе
200 г/м2 на срок до 15 лет.
Огнезащитный лак HENSOTHERM 1КS представляет собой водную дисперсию из синтетических и искусственных смол, наносимую в
количестве 250…400 г/м2 для защиты древесины внутри помещений.
70
Лак HENSOTHERM 2КS применяют для древесины белого цвета в количестве 500 г/м2. При нагреве образует термоизолирующий слой пены,
обеспечивая I группу огнезащитной эффективности.
Пропиточные огнезащитные составы - антипирены предохраняют
древесину от воспламенения и самостоятельного горения. Защитное
действие антипиренов обуславливается их расплавлением при нагреве с
образованием тонкой пленки, преграждающей доступ кислорода к поверхности, или разложением при нагреве с выделением инертных газов
или паров, затрудняющих воспламенение древесины. Древесину
пропитывают водными растворами антипиренов. После глубокой
пропитки антипиренами древесина подвергается сушке. В состав антипиренов могут входить соли аммония: фосфат аммония – (NH4)2HPO
4
, сульфат аммония - (NH4)2 SО4, хлористый аммоний - NH4Сl. В качестве антипирена применяется также смесь буры с борной кислотой состава 1:1 в виде водных растворов с концентрацией 20 %. Эти вещества хорошо растворяются в воде, негорючи и нелетучи.
Конструктивно защищают древесину от огня асбестоцементными
плитами с кремнеземистой добавкой. При изготовлении этих плит в асбоцементную смесь добавляют пористый заполнитель, понижающий
теплопроводность. Применяют также PALUSOL – листовой материал
на основе силикатов натрия и стекловолокна производства Германии.
Листы армируются стеклотканью или проволочной сеткой и покрываются слоем эпоксидной смолы.
Для защиты древесины от гниения применяют антисептики – водорастворимые и масляные пропиточные составы. Масляные антисептики, в частности масло каменноугольное, масло сланцевое, применяют
для антисептирования древесины, эксплуатирующейся на открытом
воздухе или в грунте. К традиционным водорастворимым препаратам
относят смесь трехпроцентных водных растворов фтористого и кремнефтористого натрия в соотношении 1:1.
Более эффективными по длительности и спектру действия являются огнебиозащитные составы КСД и «Сенеж». Составы могут наноситься на поверхность методами безвоздушного или пневматического
распыления, кистью, а также методом глубокой пропитки защищаемых
изделий в пропиточных ваннах.
Экологически чистый огнебиозащитный состав КСД глубоко проникает в структуру древесины, обладает исключительно высокой
устойчивостью к вымыванию. Огнезащитная эффективность сохраняется не менее 2-х лет, биозащитная эффективность составляет 4…5 лет.
Состав КСД применяется для обработки стропильной системы зданий и
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]