Книги по строительству и ремонту

Строительные материалы

Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Бурное развитие промышленного и гражданского строительства требует увеличения выпуска все новых и новых материалов и изделий, обладающих, повышенными физико-механическими свойствами, высокой твердостью и кислотостойкостью, водонепроницаемостью, сопротивляемостью истиранию и декоративно-облицовочными свойствами. Такими новыми материалами являются материалы и изделия, получаемые из минеральных расплавов. Минеральные расплавы в зависимости от вида исходного сырья можно разделить на следующие группы: стеклянные расплавы, каменные расплавы, шлаковые расплавы, ситаллы и шлакоситаллы.

1. МАТЕРИАЛЫ  И  ИЗДЕЛИЯ  НА ОСНОВЕ СТЕКЛЯННЫХ РАСПЛАВОВ

Большое распространение среди материалов, получаемых из минеральных расплавов, получили материалы и изделия из стеклянных расплавленных масс. Эти материалы в виде стекла со всеми его разновидностями, а также в виде стеклянных изделий нашли широкое применение в строительстве, архитектуре, санитарной технике, пищевой, химической и других отраслях промышленности.

Стекло как строительный материал обладает рядом положительных технических свойств. Светопреломление оконного стекла принимают равным 1,5, свето-пропускаемость в зависимости от длины волны видимого спектра колеблется от 0 до 97%.

По оптическим свойствам различают стекло прозрачное, окрашенное, бесцветное и рассеивающее свет.

Листовое стекло

Листовое оконное стекло является наиболее распространенным видом плоского стекла. Стекло выпускается толщиной от 2 до 6 мм, свето-пропускаемость его з зависимости от толщины колеблется от 90 до 85% и понижается с увеличением толщины.

Для получения , прозрачного стекла применяют чистые кварцевые пески, не содержащие окрашивающих окислов (окись железа, окись титана и др.). Листовое стекло получают двумя способами: путем вертикального или горизонтального вытягивания ленты из вязкой расплавленной стеклянной массы.

Технологическая схема производства строительного стекла (113) в основных чертах, следующая. Исходные составляющие материалы тщательно подготовляют — сушат и очищают песок от посторонних примесей, а также отделяют крупные фракции щебня или гравия, дробят и сушат мел и доломит, размалывают уголь. Подготовленные материалы направляют в расходные бункера, а из них — в дозировочное отделение, где дозируют по весу и направляют в смеситель для приготовления шихты. Подготовленная шихта расплавляется в специальных печах непрерывного (ванные печи) или периодического (горшковыё печи) действия. Шихту варят при температуре 1100—1200" С и затем выдерживают при этой температуре до полного отделения всех примесей, которые собираются на поверхности расплава в виде пены. В этот период происходит и обесцвечивание стекла путем введения специалы вок, а также удаление пузырьков воздуха и газа. Затем из рас ной массы с помощью машин вертикального  ( 114)  или i тального типа вытягивают ленту стекла, которая проходит межками  машины

Листовое   стекло   можно' получить   т. способом литья с последующей npoicai Для этого стеклянную массу выливают гладкую поверхность и прокатывают валк ми с гладкой или узорчатой поверхность!' Разновидностями   листового   OKOHHOI стекла являются:

орнаментное, получаемое способом литья; одна сторона стекла гладкая, а другая тисненая, узорчатая;

с проволочной сеткой, получаемое способом литья или прокатом; при растрескивании не дает осколков и обладает высокой огнестойкостью;

защитное, получаемое специальной термической обработкой (для повышения прочности и упругости); предназначено для остекления автотранспорта;

«витрасил» — стекло,  обладающее способностью рассеивать свет по всему помещению; не оказывает слепящего действия и ке вызывает утомления зрения; является также хорошим тепло- и звукоизолятором;

облицовочное, применяемое для облицовки панелей стен жилых и общественных, зданий; устойчиво против атмосферных влияний и гигиенично; выпускается прозрачным и окрашенным, с гладкой полированной поверхностью с одной стороны и с поверхностью, имеющей рисунок или орнамент с другой стороны.

За рубежом производят строительное стекло новых видов, уменьшающих нагрев помещений от солнечных лучей. В США выпускают серое и бледно-голубое теплопоглощающее стекло, а также звукопоглощающее стекло с промежуточным слоем, поглощающим до 66% звука. Широкое распространение в США получило стекло, покрытое тонкими окиснометаллическими пленками, отражающими до 30% и более солнечных лучей.

Изделия из стекла

Профильное строительное стекло представляет собой элементы швеллерного и коробчатого сечения, формуемые на горизонтальных прокатных установках в виде бесконечной ленты, которую разрезают затем на отрезки длиной до 6000 мм. Стекло может быть бесцветным или окрашенным. Стеклодетали коробчатого сечения имеют ширину ПО—250, высоту 50—55 и толщину 5—6 мм, а профильное стекло швеллерного сечения— ширину 250—500, высоту полки 35—40 и толщину 5—6 мм.

При изготовлении конструкций из стеклодеталей между ними необходимо прокладывать различные герметики — мастики или специально изготовленные профилированные детали из губчатой резины или синтетических материалов.

Ограждения из профильного стекла в виде остекленных поверхностей дают мягкий рассеивающий свет, светопропускание их находится в пределах от 40 до 70%. Стена из коробчатых (в один ряд) или швеллерных (в два ряда) стеклодеталей по своим акустическим свойствам не уступает глухим межкомнатным оштукатуренным перегородкам из кирпича и других материалов. Звукоизоляция таких конструкций составляет 23—31 дб, а коэффициент теплопередачи — 2,1—2,8 ккал/м2 • ч • град, в то время как для окон с двойным остеклением он равен 2,8— 4,5 ккал/м2- ч-град. Предел прочности при изгибе конструкции из профильного стекла швеллерного сечения составляет 175, а из коробчатого— 90 кГ/см2; огнестойкость конструкции равна 15—30 мин. Стекло устойчиво против воздействия концентрированных кислот, щелочей и влаги.

Профильное стекло используется для светопрозрачных ограждений и самонесущих стен в промышленном, гражданском и сельскохозяйственном строительстве, для устройства внутренних перегородок и прозрачных плоских кровель в зданиях различных типов. Можно его применять в виде крупноразмерных панелей только из стекла или в сочетании с металлическими, бетонными, кирпичными или деревянными элементами зданий.

Стеклянные блоки (стеклоблоки) представляют собой изделия, состоящие из двух прессованных полублоков, сваренных по периметру. Внутренняя полость блоков заполнена разреженным воздухом. Блоки изготовляют, с разнообразной фактурой внутренней или наружной поверхности. В зависимости от профиля и размера стенок блока изменяется интенсивность и направленность световых лучей, а также создается равномерное освещение отдельных участков и больших площадей в зданиях. Светопропускание стеклоблоков составляет 35—40%.

В связи с тем, что в сваренных блоках внутри остается разреженный воздух, значительно уменьшается их коэффициент теплопроводности, который составляет в среднем 0,4 ккал/м • ч • град. Стеклянные блоки обладают также высокими звукоизоляционными свойствами: звукоизолирующая способность составляет 38—40 дб. Они хорошо сопротивляются действию высоких температур: огнестойкость вертикальных ограждений из блоков составляет 2,4 ч. Стеклянные блоки производят двух видов — прямоугольные и угловые. Прямоугольные стеклоблоки изготовляют пяти типоразмеров: от 194X194X98 (или 60) до 300Х300Х X 60 мм, а угловые — 194 X 209 X 98 мм.

Стеклоблоки применяются для заполнения световых проемов и устройства наружных и внутренних светопрозрачных ограждений в жилых домах, учебных, торговых, административных и санитарно-лечебных зданиях, промышленных, сельскохозяйственных и спортивных сооружениях. Используют их для фасадов промышленных зданий, освещения лестничных клеток гражданских зданий, разного рода складских помещений и помещений, требующих верхнего света, а также в архитектурно-декоративных целях. Стеклянные блоки с успехом применяются в цехах с агрессивной средой и требующих хорошего освещения, а также в цехах, где характер производства требует создания постоянных климатических условий.

Стеклопакеты представляют собой два или несколько листов стекла, герметично соединенных между собой по периметру. Между стеклами имеется полость, заполненная сухим воздухом. Стеклопакеты изготовляют из оконного, витринного, армированного, узорчатого и других стекол толщиной от 2 до 8 мм, площадью до 5 м2; расстояние между стеклами может быть от 15 до 20 мм. Стеклопакеты выдерживают большую ветровую нагрузку, чем. отдельные стекла такой же толщины. При остеклении стеклопакетами упрощается конструкция оконных проемов, увеличивается световая площадь и снижаются теплопотери: коэффициент теплопередачи стеклопакетов составляет 2,4—2,8 ккал/м2 • ч • град. Свето-пропускание в зависимости от примененного вида стекла меняется в больших пределах — от 30 до 80%. Стеклопакеты обладают достаточной звукоизолирующей способностью — от 21 до 31 дб.

Стеклопакеты применяются для остекления промышленных, гражданских и общественных зданий.

Стемалит представляет собой листовое стекло различной фактуры, покрытое с одной стороны глухими керамическими красками различных цветов (желтый, синий, красный, серый, черный и др.) Стемалит изготовляется из неполированного витринного или прокатного стекла толщиной 6—12 мм, площадью до 3 м2. Удельный вес стемалита 2,45— 2,5 г/см3, предел прочности при сжатии 80, а при изгибе 25 кГ/мм2. Материал отличается высокой устойчивостью против атмосферных воздействий, постоянством цвета, прочностью, термической стойкостью.

Стемалит предназначен для наружной и внутренней облицовки зданий; используется также для изготовления многослойных навесных панелей.

Дверные полотна из стекла. Дверные полотна изготовляются из ли

стового стекла, подвергнутого специальной термической обработке (за

калке). Выпускаются из полированного, узорчатого и сырого прокатного

стекла, бесцветного или окрашенного, толщиной 9—12 мм, размером до

2600X1040 мм. Отличаются большой прочностью: выдерживают удар

стального шара весом 800 г, свободно падающего с высоты 2,5 м; пре

дел прочности при сжатии 80—90, а при изгибе 23—27 кГ/мм2, объемный

вес  2,45—2,47  г/см3.          .

Витринное стекло изготовляют из полированного и неполированного стекла толщиной 6—12 мм, площадью полотен от 4 до 12 м2. Стекло характеризуется высоким пределом прочности при сжатии — до 120 кГ/мм2, может быть плоским или гнутым. Применяют витринное стекло для остекления внутренних и наружных витрин и проемов в магазинах, ресторанах, клубах, кинотеатрах, выставочных залах, вокзалах, аэропортах и т. д.

Стеклянные коврово-узорчатые плитки получают в форме квадратов из непрозрачного прессованного или прокатного стекла различного цвета с глянцевой или матовой поверхностью. Размеры плиток 18X18X4, 22X22X4 и 23x23X4 мм. Плитка характеризуется высокой долговечностью и постоянством цвета. Применение ее позволяет обеспечить индустриальную отделку железобетонных панелей. Используется для наружной облицовки стеновых панелей и внутренней отделки помещений.

Стеклянные трубы получили широкое распространение в пищевой, фармацевтической, химической и других отраслях промышленности для удаления или транспортирования агрессивных жидкостей. Трубопроводы из стекла прозрачны, гигиеничны и имеют гладкую поверхность, что уменьшает'сопротивление перемещаемым в них жидкостям. Стеклянные трубы ИЗГОТОВЛЯЮТ способами вертикального или горизонтального вытягивания и центробежным. Соединяют стеклянные трубы с помощью соединительных и уплотняющих устройств — муфт, резиновых манжет с затяжкой металлическими поясами. Коррозионностойкиё трубы выпускаются диаметром 15—65 и длиной 100—3000 мм для жидкостей с температурой до 120° С и давлением 3 атм.

Стеклобетонные конструкции в зависимости от несущей способно

сти, свето- и звукоизоляции, а также других свойств подразделяются на

стеновые, конструкции перекрытий и конструкции сводов и куполов. Не

сущей частью является железобетонный каркас, а стеклянные блоки за

полняют световое пространство каркаса. Конструкции можно успешно

использовать для производственных и культурно-бытовых помещений,

вокзалов, выставочных павильонов. Стеновые конструкции (панели, бло

ки и др.) обладают необходимыми тепло- и звукоизоляционными свойст

вами, хорошо освещают помещение, гигиеничны, не нуждаются в спе

циальной отделке.    .

2. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ  ИЗ КАМЕННОГО РАСПЛАВА

Материалы из каменного распдава обладают высокими прочностью, износостойкостью и стойкостью в химически агрессивных средах. Это позволяет применять изделия для облицовки технологических аппаратов и узлов, работающих в наиболее тяжелых условиях, заменяя другие дорогостоящие материалы, в частности металлы.

Сырьем для получения каменного литья служат горные породы магматического происхождения, преимущественно базальты и диабазы, обладающие пониженной вязкостью в расплавах. По своему химическому составу базальты более постоянны, а каменное литье из них обладает высокой химической стойкостью и прочностью на истирание. Температура плавления базальта 1100—1450° С. Расплав обладает хорошими литейными качествами и кристаллизуется в течение 5—15 мин. В качестве сырья для получения светлого каменного литья используется кварцевый песок в количестве 45%, доломит 34%, мел или мрамор 21%. Кроме основных материалов в шихту для снижения температуры плавления добавляется плавиковый шпат в количестве 3%, а для отбеливания расплава — 0,8% окиси цинка. Перед загрузкой в печь сырьевые материалы измельчают, просеивают и дозируют в заданном соотношении.

Для плавки шихты используют шахтные, ванные, вращающиеся и электрические печи. Наиболее распространены ванные печи, работающие на шихте с небольшим количеством измельченных материалов. Плавка базальта в ваннных печах. производится при температуре 1450° С. Готовый расплав из ванны стекает в разливочный копильник, где охлаждается до температуры 1250° С. Охлаждение расплава перед разливкой благоприятно сказывается на структуре отливаемых изделий и уменьшает количество усадочных дефектов  (трещин, раковин).

Для разливки расплава применяют формы (кокили) из чугуна или жароупорной стали (постоянные формы), из силикатных материалов (временные формы) и земляные (одноразовые формы). Для уменьшения внутренних напряжений, возникающих при охлаждении, отливки подвергают кристаллизации и отжигу. Степень кристаллизации расплава изменяется в зависимости от свойств расплава и размеров изделий. Кристаллизацию и отжиг проводят в специальных печах (муфельных, туннельных, камерных) при температуре 800—900° С, затем .изделия, перемещают в зону отжига, а оттуда на склад готовой продукции.

Изделия из каменного литья находят широкое применение в угольной, горно-обогатительной и металлургической промышленности для футеровки  бункеров,  течек,  корпусов   флотационных   машин   и   т. д.

Плитки из каменного литья с успехом заменяют металл; их используют для полов в цехах с агрессивными средами и для футеровки аппаратов, подверженных сильному истирающему воздействию. Изделия из каменного литья применяются на химических заводах в качестве футеровки травильных ванн, всевозможных отстойников и пр.

3. МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ  ИЗ ШЛАКОВЫХ РАСПЛАВОВ

Материалы и изделия из шлаковых расплавов являются разновидностью изделий, получаемых из расплавленных горных пород. Огненно-жидкие шлаки металлургической промышленности являются ценным сырьем для получения различных материалов и изделий. Производство изделий из шлаковых расплавов выгодно и экономически, поскольку для их получения не требуется дополнительных затрат топлива, отпадает необходимость в специальных плавильных печах, значительно снижаются удельные капитальные вложения и себестоимость единицы продукции. Однако для надлежащего качества выпускаемых изделий шлаковые расплавы нуждаются в обогащении специальными добавками, что несколько усложняет производство изделий. Из огненно-жидких шлаков получают изделия для покрытий полов промышленных предприятий, облицовочные плитки, используемые в коррозионных средах, тюбинги для крепления горных выработок, легкие материалы — термозит, шлаковую вату и др.

Термозит представляет собой ячеистый материал, получаемый в результате вспучивания расплавленного шлака при быстром его охлаждении. Вспучивание шлака осуществляется на специальных машинах центробежным способом, на каскадных лотках или в бассейнах. При центробежном способе (115) расплавленный шлак сливается в приемный бункер, из которого затем поступает в центробежную машину, в которую одновременно подается и вода. Расплавленный шлак под действием вращающейся крыльчатки распыляется, вспучивается парами воды и под действием центробежной силы отбрасывается на охлаждающий экран. Под ним устанавливается приемный бункер и транспортер для удаления готового термозита.

Производство термозита на каскадных лотках основано на том, что струя шлакового расплава, стекая с полки на полку, оказывается между двумя струями воды, которая, испаряясь, вспучивает расплав. Каскадный лоток представляет собой металлическую четырехступенчатую конструкцию с наклонными полками, перед которыми расположены перфорированные трубы для подачи воды (116).

Сущность бассейнового способа заключается в том, что в металлический ящик размером 6X6 м поступает шлаковый расплав. В днище ящика имеются отверстия, а под ящиком — специальные карманы, в которые под давлением поступает вода. Струи воды, поступающие снизу, пронизывают слой расплавленного шлака и вспучивают его под действием образующегося пара и выделяющихся газов.

Объемный вес термозита колеблется от 300 до 1100 кг/м3 в зависимости от размера кусков и степени вспучивания. Щебень из термозита является хорошим заполнителем для получения легких термозитобето-.. нов. При заливке расплавленного шлака в специальные формы можно, получать  изделия  различного  профиля  и  конфигурации.  Для  уменьшения напряжений  и предотвращения образования трещин в период кристаллизации и последующего охлаждения изделий в формы перед заливкой укладывается стальная арматурная сетка.

Проведенные исследования показывают, что в местах размещения металлургических заводов и близлежащих районах преимущественное применение в ограждающих и несущих легкобетонных конструкциях должна найти шлаковая пемза, как весьма эффективный в экономическом отношении материал. Себестоимость шлаковой пемзы составляет 1,5—1,7, а керамзита 2—6 руб/м3.

: Шлаковая вата—это материал, состоящий из тончайших волокон, получаемых из расплавленных огненно-жидких доменных шлаков или других минеральных расплавов с модулем кислотности больше единицы. Технологический процесс производства шлаковой ваты заключается в следующем-. В вагранку загружают доменный шлак соответствующего состава и определенной крупности (до 50—70 мм) и топливо, обладающее высокой механической и термической прочностью, —-кокс, термоантрацит, древесный уголь. При температуре 1200—1400° С образуется шлаковый расплав, он вытекает через летку вагранки, раздувается струей пара и осаждается в виде тонких нитей в камере осаждения. Отсюда минеральная вата с помощью транспортера перемещается в камеру охлаждения и поступает на пост изготовления матов. Здесь перемещаемый слой шлаковой ваты выравнивают, обклеивают бумагой или картоном, режут на куски заданной длины и отправляют на склад готовой продукции. Объемный вес матов колеблется от 250 до 300 кг/м3, средний коэффициент теплопроводности равен 0,05 ккал{м • ч • град.

4. СИТАЛЛЫ И ШЛАКОСИТАЛЛЫ

Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы, получаемые из стекла в результате его полной или частичной кристаллизации. По внешнему виду ситаллы могут быть темного, коричневого, серого и кремового цветов, глухие (непрозрачные) и прозрачные. Материал обладает большой прочностью (до 5000 кГ/см2) и высокой стойкостью к химическим и тепловым воздействиям, хорошими диэлектрическими свойствами и может широко использоваться для производства различных электро- и термостойких изоляторов.

Ситаллы получают методом вытягивания, выдувания, прокатки и прессования, добавляя к стеклянным расплавам специальные вещества (минерализующие катализаторы), улучшающие кристаллизацию: соединения фторидов или фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, способных легко кристаллизоваться из расплавов. По сравнению с производством изделий из1 стекла технология ситаллов несколь^ ко сложнее — требуется дополнительная термическая обработка, в процессе которой происходит превращение стекла в стеклокристалличе-ское состояние.

На основе ситаллов получают различные клей для склеивания металла, стекла, керамики. Ситаллы могут использоваться и в виде конструктивного и отделочного материала в промышленном и гражданском строительстве.

Ситаллопласты — материалы, получаемые на базе пластических масс (фторопластов) и ситаллов. Они обладают высокой износоустойчивостью и химической стойкостью. Для изготовления ситаллопластов ситаллы измельчаются до получения порошка заданного гранулометрического состава. В дальнейшем процесс не отличается от технологии изготовления пластмасс, с той, однако, разницей, что с добавкой ситал-ла удадка пластмассы меньше. Ситаллопласты находят применение в качестве антифрикционных и конструктивных материалов, а также могут использоваться в промышленности, где ни. ситаллы, ни пластмассы, отдельно взятые, не удовлетворяют требованиям высокой пластичности, износоустойчивости и химической стойкости.

Шлакоситаллы и изделия из них. Большое внимание в производстве

строительных материалов уделяется использованию местного сырья и

отходов других отраслей промышленности. Одним из новых микрокри

сталлических материалов, получаемых из огненно-жидких металлурги

ческих шлаков, являются шлакоситаллы. В настоящее время освоен

выпуск листового и прессованного шлакоситалла и изоляторов на осно

ве холодных гранулированных металлургических доменных шлаков.

Шлакоситалловые изделия характеризуются высокими физико-тех

ническими свойствами, обладают высокой износоустойчивостью, проч

ностью, стойки к химической агрессии, хорошо сопротивляются атмос

ферным воздействиям, не обладают токсичностью.       .

Сочетание физико-механических свойств шлакоситаллов обуславливают возможность их широкого использования в строительстве: для полов промышленных и гражданских зданий, декоративной и защитной -облицовки наружных и внутренних стен, перегородок, цоколей, футеровки строительных конструкций, подверженных химической агрессии или абразивному износу, кровельных покрытий отапливаемых и неотапливаемых промышленных зданий, облицовки слоистых панелей навесных стен зданий повышенной этажности; все большее развитие получают пеношлакоситалловые конструкции, трубы и другие изделия. Экономический эффект использования изделий из шлакоситаллов обуславливает дальнейшее расширение номенклатуры изделий.