МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО Навчальний посібник (для студентів напрямку 1201 „Архітектура”)


НазваМАТЕРІАЛОЗНАВСТВО Навчальний посібник (для студентів напрямку 1201 „Архітектура”)
Сторінка6/19
Дата05.05.2013
Розмір2.31 Mb.
ТипДокументи
bibl.com.ua > Географія > Документи
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Осадові гірські породи

Осадові породи утворилися в умовах:

- перевідкладення продуктів вивітрювання і руйнування гірських порід;

- хімічного й механічного випадання осаду з води;

- життєдіяльності живих організмів і рослин.

У результаті впливу агентів хімічного вивітрювання відбувається окислювання мінералів, їхня гідратація, а також розкладання мінералів складного складу з утворенням нових мінеральних видів і виносом у розчиненому стані різного роду сполук.

На першому етапі хімічного вивітрювання польові шпати переходять у глинисті мінерали типу гідрослюди. При більш глибокому розкладанні утворюються інші глинисті мінерали, наприклад, каолініт – Al2O3·2SiO2·2H2O.

Переважна частина продуктів вивітрювання виноситься із зони вивітрювання і відкладається вдалині від місця руйнування материнських порід. Основними агентами переносу є текучі води, що рухаються, лід і вітер.

Осадові породи, залежно від умов утворення поділяють на три групи:

- уламкові породи, або механічні осадки: пухкі (наприклад, гравій, глини, піски), що залишилися на місці руйнування порід або перенесені водою, а також льодом (льодовикові відкладення) або вітром (еолові відкладення), зцементовані (піщаники, конгломерати, брекчії);

- хімічні осадки (наприклад, гіпс і вапняні туфи), що утворилися з продуктів руйнування порід, перенесених водою в розчиненому вигляді;

- органогенні породи, що утворилися із залишків деяких водоростей і тварин (кістяки губок, коралів, раковини й панцири ракоподібних та ін.). До органогенних порід відносяться крейда, більшість вапняків, діатоміти.

Більшість осадових порід має розвинену пористу будову, в порівнянні з магматичними породами, а отже й меншу міцність. Деякі з них порівняно легко розчиняються (наприклад, гіпс) або розпадаються у воді на дрібні нерозчинні частки (наприклад, глини).

У складі осадових порід можна виділити дві різні за походженням групи мінералів: реліктові й мінерали осадового походження. До першої групи відносять мінерали магматичного й метаморфічного походження (звичайно зерна цих мінералів кулеподібні), до другої - мінерали, що утворилися на місці випадіння осаду або в породі.

Структура осадової породи визначається розміром і формою мінеральних компонентів, текстура - їхнім взаємним розташуванням й орієнтуванням у просторі. Структура й текстура характеризують будову породи. Найбільш характерною особливістю будови осадових порід є їхня шаруватість. У тому випадку, коли шаруватість відсутня, текстуру називають безладною, тому що частки розташовуються в ній без усякої орієнтації.

У південних районах України органогенні вапняки - черепашники є розповсюдженим матеріалом для кладки стін; найбільш щільні різновиди вапняків використають для кладки фундаментів, зовнішнього й внутрішнього облицювання стін, а щебінь застосовують як заповнювач для бетону.
Метаморфічні гірські породи

Метаморфізмом називають перетворення гірських порід, що відбувається в надрах земної кори під впливом високих температур і тиску. У цих умовах може відбуватися кристалізація мінералів без їхнього плавлення. Головними факторами метаморфізму є температура, тиск і хімічно активні речовини-розчини й гази, під дією яких породи будь-якого складу й генезису (магматичні, осадові або вже раніше метаморфізовані) піддаються змінам.

При формуванні структурно-текстурних особливостей метаморфічних порід великий вплив має спрямований тиск. При однобічному тиску кристали деформуються в напрямку, перпендикулярному до напрямку найбільшого тиску, і видозмінені породи здобувають сланцеву будову (гнейс, глинисті сланці і т.п.). Утворюються специфічні структури з характерним закономірним орієнтуванням мінералів.

До хімічно активних речовин насамперед відносяться вода й вуглекислота, які перебувають у тій чи іншій кількості майже у всіх гірських породах у вигляді так званих «порових» або «міжзернових» метаморфогенних розчинів і газів. Переміщуючись із областей високого тиску в зону низького тиску (звичайно знизу вгору) такі розчини беруть активну участь у перетворенні мінералів і порід, є переносчиками хімічних елементів, тепла.

Основними різновидами метаморфічних гірських порід є гнейси, кварцити, сланці, мармури.

Кристалічні сланці мають дрібнозернисту будову з повністю втраченою первинною текстурою й структурою. Кольори їх можуть бути від темного до ясно-сірого. Основна частина породи складається із зерен кварцу, біотиту й мусковіту. Деякі різновиди глинистих, кременистих, слюдистих та інших сланців є природними покрівельними матеріалами – покрівельні сланці. Ці сланці легко розколюються по площинах сланцюватості на рівні й тонкі (2-8 мм) плоскі плитки. Вони повинні відповідати певним вимогам: мати достатню щільність і в'язкість, твердість, мале водопоглинання, високу водостійкість, стійкість проти вивітрювання. Щільність покрівельних сланців – близько 2,7-2,8 г/см3, пористість – 0,3-3 %, межа міцності при стиску - 50-240 МПа. Велике значення має також міцність на злам перпендикулярно до сланцюватості.

Покрівельні сланці використають у виробництві покрівельних плиток і деяких будівельних деталей (плит для внутрішнього облицювання приміщень, сходових щаблів, плит для підлоги, підвіконних дощок і т.п.).

Гнейси – породи метаморфічного генезису, що утворилися при температурі 600-800 °С й високому тиску. Вихідними є глинисті й кварцево-польово-шпа-тові породи. До складу гнейсів входять наступні мінерали: кварц, біотит, рогова обманка, польові шпати. Текстура - масивна, смугаста, структура - різнозерниста. Гнейси за механічними і фізичними властивостями у свіжому вигляді не поступаються гранітам, але опір на злам паралельно сланцюватості в них в 1,5-2 рази менше, ніж у перпендикулярному напрямку. По площинах сланцюватості вони розколюються на плити, легко розшаровуються при замерзанні й відтаванні.

Застосовують гнейси при бутовому муруванні, для кладки фундаментів, як матеріал для щебеню і частково у вигляді плит для мощення доріг. Щебінь із сильно сланцюватого гнейсу не використовують для бетону й дорожнього будівництва, тому що він є непридатним за формою зерен.

Кварцитами називають дрібнозернисті кварцові або кременисті піщаники, їхнє утворення пов'язане з перекристалізацією піщаників. Кварцити містять 95-99 % SiО2. Важливою властивістю їх є висока вогнетривкість – до 1710-1770 °С і міцність на стиск – 100-455 МПа.

У будівництві кварцити використовують як стіновий камінь, підфермове каміння у мостах, як бутове каміння, щебінь, брущатку, а кварцити гарно забарвлені - для декоративних робіт та облицювання будинків. Кварцити застосовують і як кислототривкий матеріал завдяки їх малій пористості й високій стійкості у кислотах.

Мармур – дрібно-, середньо- і грубозерниста щільна карбонатна порода, що складається головним чином з кальциту і є перекристалізованим вапняком. Міцність на стиск - 100-300 МПа, легко піддається обробці, бо його твердість складає 3, внаслідок своїй щільності добре полірується.

Мармур широко застосовують для внутрішньої обробки стін будинків, щаблів сходів і т.п. У вигляді піску й дрібного щебеню (крихти) його використовують для декоративних кольорових штукатурок, декоративного бетону тощо. Мармур не можна застосовувати в умовах сульфатної корозії і для зовнішніх облицювань в промислових районах із забрудненим довкіллям внаслідок його низькій хімічній стійкості.

4. ВИПАЛЮВАЛЬНІ БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ
4.1 Керамічні матеріали
Керамічними називають штучні кам'яні матеріали й вироби, отримані в процесі технологічної обробки мінеральної сировини й наступного випалу при високих температурах. Назва "кераміка" походить від грецького слова "keramos" - глина. Тому під технологією кераміки завжди мали на увазі виробництво матеріалів і виробів із глинистої сировини й сумішей її з органічними й мінеральними добавками. Матеріал, з якого складаються керамічні вироби після випалу, у технології кераміки називають керамічним черепком.

Глини завжди в історії людства були і є одним з основних видів будівельних матеріалів. Спочатку - 8000 років до н.е. - глини застосовували в необпаленому вигляді для глинобитного будівництва й виготовлення саманної й сирцової цегли, 3500 років до н.е. відзначається початок застосування керамічної цегли, а 1000 років до н.е. - глазурованої цегли й черепиці. Із середини першого тисячоріччя в Китаї починається виготовлення виробів з порцеляни. У Росії перший цегельний завод був побудований у Москві в 1475 р., а в 1744 р. в Петербурзі почав працювати перший порцеляновий завод. Наприкінці XVIII - середині XIX ст. мав місце бурхливий розвиток металургійної, хімічної і електротехнічної промисловості, що призвело до розвитку виробництва вогнетривкої, кислототривкої, електроізоляційної кераміки й плиток для підлог. З початку ХХ ст. одержало розвиток виробництво ефективної цегли й пустотілих каменів для зведення стін і перекриттів, а також керамічних плиток для внутрішнього й зовнішнього оздоблення й санітарно-технічних виробів. Останнім часом одержало поширення виробництво спеціальної кераміки з унікальними властивостями для потреб ядерної енергетики, машинобудування, електронної, ракетної та інших галузей промисловості. Великий практичний інтерес мають кермети, що складаються з металевої й керамічної частин. У поняття керамічні матеріали й вироби входить широке коло матеріалів з різними властивостями. Їх класифікують за рядом ознак.

За призначенням керамічні вироби підрозділяють на такі види: стінові, оздоблювальні, покрівельні, для підлог, перекриттів, шляхові, санітарно-технічні, кислототривкі теплоізоляційні, вогнетривкі й заповнювачі для бетонів.

За структурою розрізняють керамічні вироби з пористим спеченим (щільним) черепком. Пористими вважають вироби з водопоглинанням по масі більше 5 %. До них належать вироби як грубої кераміки (керамічна стінова цегла й камінь, вироби для покрівлі й перекриттів, дренажні труби), так і тонкої кераміки (оздоблювальні плитки, фаянсові вироби тощо). До щільних відносять вироби з водопоглинанням за масою менше 5 %. До них належать також вироби грубої (клінкерна цегла, великорозмірні оздоблювальні плити), і тонкої (фаянс, напівпорцеляна, порцеляна) кераміки.

За температурою плавлення керамічні матеріали й вироби підрозділяються на:

- легкоплавкі (нижче 1350 °С);

- тугоплавкі (1350-1580 °С);

- вогнетривкі (1580-2000 °С);

- вищої вогнетривкості (більше 2000 оС).

Можливість одержання будь-яких заданих властивостей, широка номенклатура, великі запаси повсюдно розповсюдженої сировини, порівняна простота технології, висока довговічність й екологічна нешкідливість керамічних матеріалів забезпечують їм одне з перших місць за значимістю й обсягом виробництва серед інших будівельних матеріалів. Так, випуск керамічної цегли становить біля половини об'єму всіх стінових матеріалів.

Основним сировинним матеріалом для виробництва будівельних керамічних виробів є глиниста сировина, застосовувана в чистому вигляді, а частіше в суміші з добавками (для зниження усадки - спіснювальні, пороутворювальні, плавнями, пластифікаторами та ін.).

Глиниста сировина (глини й каоліни) - продукт вивітрювання вивержених польовошпатних гірських порід, що містить домішки інших гірських порід. Глинисті мінеральні частки діаметром 0,005 мм і менше забезпечують здатність при замішуванні водою утворювати пластичне тісто, що зберігає при висиханні додану форму, а після випалу набуває водостійкість і міцність каменю.

Крім глинистих часток у складі сировини є пилоподібні частки з розмірами зерен 0,005-0,16 мм і піщаних часток з розмірами зерен 0,16-2 мм. Глинисті частки мають пластинчасту форму, між якими при змочуванні утворюються тонкі шари води, викликаючи набрякання часток і здатність їх до ковзання відносно одна одної без втрати зв’язності. Тому глина, змішана з водою перетворюється у легко формовану пластичну масу.

При сушінні глиняне тісто втрачає воду й зменшується в об'ємі. Цей процес називається повітряною усадкою. Чим більше в глинистій сировині глинистих часток, тим вище пластичність і повітряна усадка глин. Залежно від цього глини підрозділяються на високопластичні, середньопластичні, помірно-пластичні, малопластичні й непластичні. Високопластичні глини мають у своєму складі до 80-90 % глинистих часток, число пластичності 6-25, водопотреба складає більше 28 %, повітряна усадка - 10-15. Середньо - помірно-пластичні глини мають у своєму складі 60 % глинистих часток, число пластичності 15-25, водо потреба - 20-28 % і повітряна усадка 7-10 %. Малопластичні глини мають відповідно 5-30 % глинистих часток, водопотребу менше 20 %, число пластичності 7-15 і повітряну усадку 5-7 %. Непластичні глини не утворюють пластичне тісто, яке легко формується.

Глини з вмістом глинистих часток більше 60 % називають "жирними". Вони відрізняються високою усадкою, для зниження якої в глини додають спіснювальні добавки. Глини з вмістом глинистих часток менше 10-15 % - "худі" глини, до них при виготовленні виробів додають тонкодисперсні добавки, наприклад, бентонітову глину.

Різне сполучення хімічного, мінералогічного, гранулометричного складу компонентів визначає різні властивості глинистої сировини й придатність її для одержання керамічних виробів з тими або іншими властивостями та призначенням. Гранулометричний склад глин тісно пов'язаний з їх мінералогічним складом. Піщані й пилоподібні фракції представлені головним чином у вигляді залишків первинних мінералів (кварцу, польового шпату, слюди та ін.). Глинисті частки здебільшого складаються із вторинних мінералів: каолініту Аl2Oз·2SiО2·2Н2О, монтморилоніту А12О3·4SiO2·4Н2О, гідро­слюдистих та їх сумішей у різних варіаціях.

Глини з переважним вмістом каолініту мають світле забарвлення, слабко набухають при взаємодії з водою, характеризуються тугоплавкістю, малою пластичністю, малочутливі до сушіння.

Глини, що містять монтморилоніт, досить пластичні, сильно набухають, при формуванні схильні до завихрення, чутливі до сушіння і випалу з проявом скривлення виробів і розтріскування. Високодисперсні глинисті породи з переважним вмістом монтморилоніту називають бентонітами. Вміст у них часток розміром менше 0,001 мм досягає 85-90 %. Зразки, в яких знаходяться в глинистій частині переважно гідрослюдисті мінерали, характеризуються проміжними показниками пластичності, усадки й чутливості до сушіння.

Хімічний склад глин виражається вмістом і співвідношенням різних оксидів. У керамічній сировині вміст найважливіших оксидів коливається в широких межах: SiО2 – 40-80 %; Аl2О3 – 8-50 %; Fе2О3 - 0- 15 %; СаО – 0,5-25 %; MgО – 0-4 %; R2O – 0,3-5 %. Зі збільшенням вмісту Аl2О3 підвищується пластичність й вогнетривкість глин, з підвищенням вмісту SiО2 -пластичність глин знижується, збільшується пористість, знижується міцність обпалених виробів, Присутність оксидів заліза знижує вогнетривкість глин, наявність тонкодисперсного вапняку надає світле забарвлення й знижує вогнетривкість глин, а значні включення його є причиною появи "дутиків" і тріщин у керамічних виробах. Оксиди лужних металів Nа2О и К2О є сильними плавнями, що сприяють підвищенню усадки, ущільненню черепка й підвищенню його міцності. Наявність у глинистій сировині розчинних солей сульфатів і хлоридів натрію, кальцію, магнію й заліза викликає появу білиx плям на поверхні виробів.

Для виготовлення окремих видів вогнетривких теплоізоляційних виробів застосовують глинисту сировину із трепелів і діатомітів, що складаються в основному з аморфного кремнезему, а для виробництва легких заповнювачів використають перліт, пемзу й вермикуліт.

У наш час природні глини в чистому вигляді рідко є кондиційною сировиною для виробництва, керамічних виробів. У зв'язку з цим застосовують введення добавок різного призначення:

- спіснювальні додають у високопластичні глини для зменшення усадки при сушінні й випалі й запобігання деформаціям і тріщинам у виробах. До них належать: дегідратована глина, шамот, шлаки, золи, кварцовий пісок;

- пороутворювальні застосовують для підвищення пористості черепка й поліпшення теплоізоляційних властивостей керамічних виробів. До них належать: деревна тирса, вугільний порошок, торф'яний пил;

- плавні вводять з метою зниження температури випалу керамічних виробів. До них належать: польові шпати, залізна руда, доломіт, магнезит, тальк, піщаник, пегматит, склобій, перліт;

- пластифікуючі додають підвищення пластичності сировинних сумішей при меншій витраті води. До них належать високопластичні глини, бентоніти, поверхнево-активні речовини;

- спеціальні добавки використовують для підвищення кислотостійкості керамічних виробів. Наприклад, у сировинні суміші додають піщані суміші, змішані з рідким склом. Для одержання деяких видів кольорової кераміки в сировинну суміш додають оксиди металів (заліза, кобальту, хрому, титану тощо).

Деякі види керамічних виробів для підвищення санітарно-гігієнічних властивостей, водонепроникності, поліпшення зовнішнього вигляду покривають декоративним шаром - глазур'ю або ангобом.

Глазур (полива) - склоподібне покриття товщиною 0,1-0,2 мм, нанесене на виріб і закріплене випалом. Глазурі можуть бути прозорими й глухими (непрозорими) різних кольорів. Для виготовлення глазурі використовують: кварцовий пісок, каолін, польовий шпат, солі лужних і лугоземельних металів Сировинні суміші розмелюють у порошок і наносять на поверхню виробів у вигляді порошку або суспензії перед випалом.

Ангобом називається нанесений на виріб тонкий шар білові пальної або кольорової глини, що утворює кольорове покриття з матовою поверхнею. За властивостями ангоб повинен бути близький до основного черепка.

У технологічному процесі одержання кераміки випал є найважливішим і завершальним процесом. Цей процес можна розділити на три періоди: прогрів сирцю, власне випал і регульоване охолодження. При нагріванні сирцю до 120 °С видаляється фізично зв'язана вода й керамічна маса стає непластичною. Але якщо додати воду, пластичні властивості маси зберігаються. У температурному інтервалі 450-600 °С відбувається видалення хімічно зв'язаної води, руйнування глинистих мінералів і глина переходить у аморфний стан. При цьому й при подальшому підвищенні температури вигорають органічні домішки й добавки, а керамічна маса безповоротно втрачає свої пластичні властивості. При 800 °С починається підвищення міцності виробів завдяки протіканню реакцій у твердій фазі на границях поверхонь часток компонентів. У процесі нагрівання до 1000 °С можливо утворення нових кристалічних силікатів, наприклад силіманіту Al2O3·SiО2, a при нагріванні до 1200 оС - муліту 3Al2O3·SiО2. Одночасно з цим легкоплавкі сполуки керамічної маси й мінерали плавнів створюють деяку кількість розплаву, що заповнює порожнечі між частками, стягає їх і призводить до ущільнення й усадки маси в цілому. Ця усадка називається вогневою. Залежно від виду глини вона становить 2-8 %. Після остигання виріб набуває каменеподібний стан, водостійкість і міцність. Властивість глин ущільнюватися при випалі й утворювати каменеподібний черепок називається спіканням.

Залежно від призначення випал виробів ведуть до різного ступеня спікання. Спеченим вважається черепок з водопоглинанням менше 5 %. Більшість будівельних виробів випалююь до одержання черепка з неповним спіканням у певному температурному інтервалі від температури вогнетривкості до початку спікання, що називається інтервалом спікання.

Інтервал спікання для легкоплавких глин становить 50-100 °С, а вогнетривких - до 400 °С. Чим ширше інтервал спікання, тим менше небезпека деформацій і розтріскування виробів при випалі.

Інтервал температур випалу знаходиться у межах: для цегли, каменю, керамзиту - 900-1100 °С, для клінкерної цегли, плиток для підлог, гончарних виробів, фаянсу - від 1100 °С до 1300 °С; для порцелянових виробів - від 1300 °С до 1450 °С, для вогнетривкої кераміки - 1300-1800°С.

Керамічні матеріали є композиційними матеріалами, в яких матриця або безперервна фаза представлена застиглим розплавом, а дисперсна фаза представлена нерозплавленими частками глинистих, пилоподібних і піщаних фракцій, а також порами й порожнечами, заповненими повітрям. Матеріал матриці, у свою чергу, являє собою мікрокомпозиційний матеріал, що складається з матриці - безперервної склоподібної фази застиглого розплаву й дисперсної фази - кристалічних зерен силіманиту, муліту, кремнезему різних фракцій та інших речовин (в основному алюмосилікатів), що кристалізуються при остиганні. Склоподібна, аморфна фаза (переохолоджена рідина) представлена в мікроструктурі легкоплавкими компонентами, які не встигли викристалізуватися при заданій швидкості остигання розплаву.

Істинна густина керамічних матеріалів 2,5 - 2,7 г/см3; середня густина - 2000-2300 кг/м3; теплопровідність абсолютно щільного черепка становить 1,16 Вт/м·°С. Теплоємкість керамічних матеріалів - 0,75-0,92 кДж/(кг·°С). Межа міцності при стиску керамічних виробів коливається в інтервалі від 0,05 до 1000 МПа. Водопоглинання залежно від пористості, змінюється від 0 до 70 %. Керамічні матеріали мають марки з морозостійкості 10; 25; 35; 50; 75 и 100.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Схожі:

Яцківський Л. Ю., Зеркалов Д. В. З57 Транспортне забезпечення виробництва. Навчальний посібник
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів напряму “Транспортні технології” вищих навчальних...
ББК Ш 141. 14 9
...
ЗАГАЛЬНИЙ КУРС Рекомендовано Міністерством освіти і науки України...
Маляренко В. А. Енергетичні установки. Загальний курс: Навчальний посібник. – Харків: ХНАМГ, 2007. – 287с з іл
ПРАКТИЧНИЙ КУРС АНГЛІЙСЬКОЇ МОВИ Навчальний посібник з практики усного...
Практичний курс англійської мови (англійською та українською мовами). Навчальний посібник з практики усного та письмового мовлення...
Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів Рекомендовано...
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Є. Тихомирова Зв’язки з громадськістю Рекомендовано Міністерством...
Посібник містить питання до самоконтролю та список літератури, що сприятиме глибшому засвоєнню матеріалу
Демський Е. Ф. Адміністративне процесуальне право: Навчальний посібник...

Цукровий діабет, класифікація, етіологія, патогенез, клініка, діагностика
НАВЧАЛЬНИЙ МЕТОДИЧНИЙ ПОСІБНИК ДЛЯ СТУДЕНТІВ 4 КУРСУ ЗА ПРОГРАМОЮ ВНУТРІШНЯ МЕДИЦИНА
№1: Сутність, роль та методологічні основи менеджменту 9
Навчальний посібник для студентів напрямів 100400 «Транспортні технології» і 050200 «Менеджмент організацій»
П. С. Дудик Комунікативно- стилістичні якості мовлення
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання


При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання © 2013
звернутися до адміністрації
bibl.com.ua
Головна сторінка