Огнеупорные материалы
Огнеупорные материалы
применяют при сооружении промышленных
печей и других тепловых агрегатов. Область
использования огнеупоров зависит от степени
огнеупорности (огнеупорные — 1580-1700 °С,
высокоогнеупорные — 1700-2000 °С, высшей огнеупорности
— более 2000 °С), химической стойкости по
отношению к технологической среде, термостойкости
(способность выдерживать резкие колебания
температур) и др.
Применение легковесных огнеупоров
(пористость 45-85 %) в 2-4 раза сокращает
продолжительность холостого хода (разогрева)
печей, на 20-70 % снижает удельные расходы
топлива при уменьшении в 2-3 раза толщины
ограждающих стен.
Минеральные
вяжущие материалы
К минеральным (неорганическим)
вяжущим веществам относятся порошкообразные
материалы, которые при смешивании с водой
образуют вязкопластичное тесто, переходящее
со временем под влиянием физико-механических
процессов в камневидное состояние. При
этом вяжущее вещество скрепляет между
собой камни, зерна песка, щебня, гравия.
Это свойство используют при изготовлении
бетонов, силикатного кирпича, асбестоцементных
материалов, строительных растворов —
кладочных и штукатурных. Начало и
конец схватывания характеризуют срок
схватывания, в течение
"Которого тесто полностью теряет пластичность. Сроки
схватывания, твердения и прочность (марка)
искусственного камня — основные свойства
этих материалов.
Минеральные вяжущие
материалы, как указано выше, делятся ^на
воздушные (известь, гипс, магнезиальные
вяжущие, жидкое стекло) и гидравлические
(цементы клинкерные и бесклинкерные).
Цементы (портландцементы, шлакопортландцементы и пуццола - новые
портландцементы) — основная группа вяжущих
материалов, применяются во всех областях
строительства: производстве бетона и
железобетона, в гидротехническом и дорожном
строительстве.
При производстве
цементов в их состав вводят добавки, позволяющие
экономить вяжущие материалы (вшлакопортландцементах) или придающие вяжущим
материалам специальные свойства. Введение гидрофобно-пластифицирующих
добавок придает специальные свойства
цементу и позволяет снизить расход вяжущего
на 10-15 %.
Бетон, железобетон и строительные
растворы
Бетонами называют
искусственные каменные материалы, получаемые
в результате формования и твердения смеси,
состоящей из минерального вяжущего, мелкого
и крупного каменного заполнителя (песка, щебня или
гравия) и воды. Состав бетонной смеси должен в определенные
сроки обеспечить бетону заданные свойства
(объемную массу, прочность, морозостойкость,
водонепроницаемость). Конструкции из
бетона долговечны, огнестойки. Недостатком
бетона, как любого каменного материала,
является низкая прочность при растяжении
и изгибе, которая в 5-10 раз ниже, чем при сжатии.
Этот недостаток устраняется в железобетоне,
где растягивающие напряжения воспринимает
арматура.
Железобетон — это материал,
в котором стальная арматура и бетон соединены
монолитно и работают в конструкции как
единое целое. Это обеспечивается близостью
значений коэффициентов температурного
линейного расширения бетона и металла
и прочным сцеплением компонентов в процессе
изготовления конструкций.
Строительные растворы
состоят из смеси вяжущего вещества, воды
и мелкого заполнителя (песка), применяют
их для кладочных, штукатурных и монтажных
работ.
Бетон и железобетон
являются главными строительными материалами
и основой индустриализации строительства.
По способу изготовления бетонные и железобетонные
конструкции могут быть сборными и монолитными.
Сборные конструкции изготовляют серийно на заводах
в виде крупногабаритных изделий для фундаментов,
каркасов, стен, перекрытий, конструкций
мостов и т. д. Такие конструкции на строительных
площадках собирают с помощью монтажных
кранов, что обеспечивает значительное
сокращение сроков и трудоемкости строительства.
Монолитные конструкции изготовляют
на месте будущего сооружения в форме — опалубке,
воспроизводящей габариты и конфигурацию
конструкций. Повышенная пространственная
жесткость монолитных железобетонных
конструкций и сооружений делает их применение
целесообразным при строительстве в сейсмических
районах, на просадочных грунтах, при строительстве
зданий повышенной этажности.
В правильно подобранной
бетонной смеси расход цемента составляет
8-15 %, а заполнителей — 80-85 % (по массе). В
качестве заполнителей применяют
нерудные каменные материалы: песок, щебень, дробленые
и гранулированные металлургические шлаки,
а также специально приготовленные пористые
заполнители (керамзит, аглопирит, перлит).
Тип заполнителя определяет объемную массу
и область применения бетона. Различают
бетоны: особо тяжелые для специальных
защитных конструкций с объемной массой
более 2500 кг/м; тяжелые для всех несущих
конструкций с объемной массой 1800-2500 кг/м
; легкие для легких несущих конструкций
и теплоизоляции — 500-1800 кг/м3.
Силикатные (автоклавные) материалы
Силикатные материалы
готовят из смеси извести, кварцевого песка
и воды путем формования и последующей
термообработки в автоклавах при давлении
0,8-1,2 МПа и температуре 175-200°С.
Плотный силикатный
бетон является разновидностью тяжелого
бетона и применяется для несущих конструкций.
Ячеистые силикатные бетоны применяют
для изготовления наружных ограждающих
конструкций, обладающих хорошими теплотехническими
свойствами и высокой заводской готовностью.
Силикатный кирпич значительно дешевле
керамического за счет более низкой теплопроводности
и сокращения времени изготовления. Производство
конструкций из силикатного бетона позволяет
заменить цемент известью и снизить расход
вяжущего, исключает применение щебня
(гравия), что обеспечивает снижение массы
и стоимости этих конструкций по сравнению
с аналогичными из цементного бетона.
Асбоцементные материалы
Асбоцемент является
цементным материалом, упрочненным ас-бестовым волокном.
Асбоцемент — прочный, сравнительно легкий, огнестойкий, био-
и атмосферостойкий материал; изделиям
в процессе изготовления можно придать
различную форму, фактуру, цвет. –Конструктивны
качества асбоцемента выше, чем у бетона.
В строительстве
применяют асбоцементные листовые материалы для кровель и облицовки,
панели для стен, плиты покрытий, трубы. Применение
асбоцементных труб дает возможность
экономить металл и увеличить срок службы
трубопроводов по сравнению с металлическими.
Стекло
и изделия на его основе
Стеклами называются твердые,
хрупкие изотропные материалы, получаемые
при охлаждении силикатные расплавов. Основные свойства,
определяющие применение стекла в строительстве,
— прозрачность, высокая прочность при
сжатии, небольшая теплопроводность, твердость,
химическая стойкость, изотропность.
В строительстве применяются листовые
материалы (стекло оконное, витринное),
объемные конструктивные изделия (стеклоблоки, стеклопрофилит,
стеклопакеты), трубы, плитка, изделия из
закаленного стекла (дверные полотна, стемалит),
теплоизоляционные материалы (стекловолокно,
пеностекло), ситаллы и шлако-ситаллы.
Теплоизоляционные материалы
Главной функцией
теплоизоляционных материалов является тепловая изоляция ограждающих
конструкций зданий, промышленного и энергетического
оборудования, трубопроводов и др. Основным
видом теплоизоляционных материалов являются минераловатные плиты
и маты, имеющие объемную массу менее 200 кг/м3. Если для
создания надежной теплоизоляции наружной стены
1 м2 требуется
0,64 м кирпича массой 1100-1200 кг или 0,32 м3 керамзитобетона
массой 250-300 кг, то минераловатных изделий
нужно 0,1 м3 массой 25-30
кг или 0,05 м3 поро-пласта массой
1,5-2 кг. В качестве теплоизоляционных материалов
также применяются древесноволокнистые
плиты, изделия из стекловолокна, теплоизоляционные
пластмассы, цементный фибролит и др.
Металлические конструкции
Конструкции из
стального проката широко применяют в
строительстве промышленных и гражданских
зданий, мостов и других инженерных сооружений.
Все шире используют алюминиевые сплавы как
конструктивный и отделочный материал.
Применение металлов
позволяет создать долговечные, высокопрочные, легкие конструкции.
Развивается производство эффективных конструкций
из металлических труб, гнутых профилей,
листа, обычного и профилированного.
3.2. Производство
стекла
Сырьем для производства
обычного стекла служат чистый кварцевый песок,
сода и известняк. Эти вещества тщательно
перемешивают и подвергают сильному нагреванию (1500°С):
Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2↑
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 +CO2↑
Образовавшиеся
силикаты натрия и кальция сплавляются
с песком, который берут в избытке. Стекло
не является индивидуальным веществом,
а представляет собой сплав нескольких
веществ. Примерный состав обычного оконного
(натриевого) стекла можно выразить формулой Na2O∙CaO∙6SiO2.
Если соду заменяют
поташом К2СОз, то получают
более тугоплавкое, устойчивое к химическим
реакциям стекло (химическое, или калиевое,
стекло). Примерный состав этого стекла
можно выразить формулой K2O∙CaO∙6SiO2.
Если в качестве сырья берут
поташ, оксид свинца (II) и песок, то получают хрустальное стекло. Это
стекло сильнопреломляет свет и поэтому
применяется в оптике для изготовления
линз и призм. Из хрустального стекла изготовляют
также художественную посуду.
Из чистого песка
получают кварцевое стекло. Расплавленный
песок, остывая, образует стекловидную
массу. В отличие отобычного стекла кварцевое
стекло мало изменяется в объеме при изменении
температуры. Посуду, изготовленную из
этого стекла, можно накалить добела, бросить
в холодную воду, и она не трескается, поэтому из кварцевого
стекла делаютлабораторную посуду. Другое
его специфическое свойство — это способность
пропускать ультрафиолетовые лучи, поэтому
из него изготовляют так называемые кварцевые
лампы, используемые в медицине.
Для получения цветных стекол к
сырью добавляют оксид соответствующего
металла. Так, например, при добавлении
оксида кобальта (II) получается синее
стекло. Оксид хрома (III) придает стеклу
зеленый цвет, оксид меди (II) — сине-зеленый.
Добавлением небольших количеств мелко
раздробленного золота получают рубиновое
стекло.
Подготовка сырьевых материалов включает
сушку и очистку песка от посторонних
примесей, дробление, сушку и помол карбонатных
пород, их дозирование и смешение. Наиболее
сложной технологической операцией является
очистка песка от железистых примесей.
Для этого применяют различные
способы: промывку в гидромеханических
классификаторах и классифицирующих конусах; оттирку
пленок гидроксидов железа, обволакивающих
зерна песка, при интенсивном перемешивании
песочной пульпы в специальных мешалках
и контактных чанах; флотационную обработку
в специальных машинах, позволяющую очистить песок от железосодержащих примесей, а также тяжелых металлов
и частично глинистых примесей; комбинированный
способ флотооттирки; магнитную сепарацию,
а также способы химического обогащения
песка различными химическими реагентами
(щавелекислым натрием NaHC2O4 и др.). Последний
способ обогащения является наиболее
дорогостоящим, его применяют в основном
для производства оптического стекла.
Промывка песка является наименее эффективным
способом его очистки, позволяющим снизить
содержание примесей железа на 25 – 30 %.
Наиболее эффективным способом является
оттирка и флотооттирка, при которых удаляется
до 80 – 90 % примесей железа
После обогащения песка при
влажности свыше 4,5 % его сушат в сушильных
барабанах горячими газами с температурой
700 °С и просеивают на барабанных, вибрационных
грохотах или грохотах ситобурат. Карбонатные
породы дробят в щековых дробилках и сушат
в сушильных барабанах при температуре
не более 400 °С. Мел, минуя операцию дробления,
поступает на сушку, так как влажный мел
забивает дробильные агрегаты. После сушки
известковые породы подвергают тонкому
помолу в шаровых мельницах или молотковых
дробилках с последующим их просевом.
Для совместного помола и сушки
карбонатных пород применяют шахтные
или аэробильные мельницы. В случае поступления
на предприятие неподготовленного природного
сульфата натрия его подвергают такой
же подготовке, как карбонатные породы.
Все остальные компоненты стекольной
шихты (сода, сульфат натрия, сурик, поташ)
являются продуктами химической промышленности
и поэтому поступают на стекольный завод
в подготовленном виде. Соду и сульфат
натрия дополнительно просеивают.
Стеклобой, добавляемый в шихту
для ускорения варки стекла, сортируют
для удаления крупных включений, промывают
в специальных боемойках или на грохотах
в струе воды и для более тщательной очистки
подвергают магнитной сепарации.
Для приготовления шихты применяют
тарельчатые или воздухоструйные смесители,
в которых происходит интенсивное перемешивание
шихты струями сжатого воздуха. Влажность
шихты должна составлять 4 – 6 %. Для предотвращения
расслаивания шихты при транспортировании
ее в кюбелях по монорельсу или на вагонетках
либо пневмотранспортом и слеживания
при хранении применяют брикетирование
и гранулирование шихты, что резко снижает
ее пыление при загрузке в печь.