Строительные материалы

     Набуханием называют способность глины увеличивать свой объем за счет поглощения влаги из воздуха или при ее непосредственном контакте с водой. Процесс набухания во времени затухает. Рыхлые породы глин набухают быстрее, чем плотные. Запесоченность глин понижает степень их набухания. Монтмориллонитовые глины набухают сильнее, чем каолинитовые.

     Размокание представляет собой распад в воде крупных глинистых агрегатов на более мелкие или элементарные частицы. Первая стадия распада глинистого агрегата происходит при его набухании, когда молекулы воды, втягиваясь в промежутки между зернами глины, расклинивают их. По мере увеличения толщины водной оболочки ослабляется связь между отдельными зернами глины, и они начинают свободно перемещаться в воде, находясь в ней во взвешенном состоянии,— происходит полное размокание глины. Плотные глины размокают очень трудно. Чтобы ускорить процесс размокания, глину перемешивают, механически разрушая ее куски, или подогревают воду.

     Тиксотропное упрочнение - свойство влажной глиняной массы самопроизвольно восстанавливать нарушенную структуру и прочность. Так, если свежеприготовленный шликер (глиняная масса жидкой консистенции) оставить на некоторое время в покое, то он загустеет и упрочнится, а после перемешивания его текучесть восстановится. Так может повторяться многократно. Самоупрочнение глины происходит вследствие процесса переориентации частиц глины и молекул воды, что увеличивает силу их сцепления. При этом часть свободной воды переходит в связанную. Тиксотропия глин имеет большое значение при приготовлении шликеров, пластичного теста и формовании изделий.

     Явления тиксотропного упрочнения глиняного шликера в керамической промышленности называется загустеваемость. Величина загустезаемости зависит от характера глин, содержания электролитов и влагосодержания.

     Разжижаемость - свойство глин и каолинов образовывать при добавлении воды подвижные устойчивые суспензии. Количество воды, необходимой для разжижения, определяется минералогическим составом глин и регулируется добавлением электролитов. Оптимальное разжижение, т. е. сочетание достаточной текучести и наименьшего содержания поды, достигается при правильном выборе электролита и его концентрации. В качестве электролитов применяют обычно 5 % или 10 %-ные растворы соды, жидкого стекла, пирофосфата натрия и др.

     Пластичность - способность глины образовывать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних механических усилий может принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действии усилий. Пластичность глин зависит от зернового и минералогического составов, а также запесоченноети глин. С повышением дисперсности глин их пластичность возрастает, наибольшей пластичностью обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей каолинитовые.

     Связующая способность - свойство глин связывать частицы неэластичных материалов (песка, шамота), сохраняя при этом способность массы формоваться и давать после сушки достаточно прочное изделие. Связующая способность зависит от зернового и минералогического состава глины.

     Изменения, которые происходят в глиняной массе  при ее сушке, выражаются в таких свойствах, как воздушная усадка, чувствительность глин к сушке и влагопроводящая способность.

     Воздушной усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема глиняного образца при его сушке. Величина воздушной усадки зависит от количественного и качественного состава глинистого вещества и влагоемкости глины и колеблется от 2 до 10%. Монтмориллонитовые глины обладают наибольшей усадкой, каолинитовые — минимальной. Запесоченность глин понижает воздушную усадку.

     Для одной и той же глины величина воздушной усадки зависит от начальной влажности образца. В первый период сушки величина объемной усадки равна объему испарившейся из изделия влаги. При этом в первую очередь из глины испаряется капиллярная вода, обладающая менее прочной связью с глинистыми частицами. Затем вода из гидратных оболочек начинает перемещаться в капилляры толщина оболочек уменьшается, и частицы глины начинают сближаться. Затем наступает момент, когда частицы приходят в соприкосновение, и усадка постепенно прекращается. Зерна непластичных материалов также могут сближаться за счет сближения глинистых частиц, однако другие зерна препятствуют полному сближению глиненных частиц, т. е. наличие в массе непластичных материалов уменьшает воздушную усадку.

     Чувствительность  глин к сушке влияет на сроки сушки- чем больше чувствительность глины к сушке, тем больше нужно затратить времени на сушку, чтобы получить изделие без трещин. С увеличением содержания глинистого вещества, особенно монтмориллонита, чувствительность глин к сушке увеличивается.

     Влагопроводящая способность характеризует интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия. Процесс сушки глиняного изделия включает в себя три фазы: перемещение влаги внутри материала, парообразование и перемещение водяных паров с поверхности изделия в окружающею среду. Количественной мерой, косвенно характеризующей интенсивность перемещения влаги внутри сохнущего изделия, является коэффициент диффузии. Он зависит от размеров капилляров, температуры, влагосодержания, вида глинистого минерала (у монтмориллонитовых глин он в 10—15 раз меньше, чем у каолинитовых), запесоченности глин.

В процессе нагревания глин проявляются их термические  свойства. Важнейшие из них - огнеупорность, спекаемость и огневая усадка.

     Огнеупорность — способность глин противостоят, воздействию высоких температур не расплавляясь. Огнеупорность глин зависит от их химического состава. Глинозем повышает огнеупорность глин, тонкодисперсный кремнезем понижает, а крупнозернистый повышает. Соли щелочных металлов (натрия, калия) резко понижают огнеупорность глин и служат наиболее сильными плавнями, оксиды щелочноземельных металлов также снижают огнеупорность глин, но их действие проявляется при более высоких температурах. По показателю огнеупорности (°С) глинистое сырье делят на три группы: 1я- огнеупорные (1580 и выше), 2-и — тугоплавкие (менее 1580 —до 1350), 3-я—легкоплавкие (менее 1350).

     Спекаемость — способность глин уплотняться при обжиге с образованием твердого камнеподобного черепка. Она характеризуется степенью и интервалом спекания.

Степень спекания контролируют величиной водопоглощения и плотности керамического черепка. В зависимости от степени спекания глинистое сырье подразделяют на сильноспекающееся (получается черепок без признаков пережога с водопоглощением менее 2%), среднеспекающейся (черепок с водопоглощением 2— 5%) и не спекающееся (черепок с водопоглощением 5% и менее без признаков пережога не получается). Признаками пережога являются деформация образца, видимое вспучивание или снижение его общей плотности более чем на 0,05* 10 г/см3. Указанные значения водопоглощения должны сохраняться не менее чем в двух температурных точках с интервалом 50'С. Например, если в процессе обжига глины при температуре 1150°С черепок имеет водопоглощение 0,5%, а при 1100 — 2%, глниа сильноспекающаяся, а если та же глина на при температуре 1100:;'С образует черепок с водопоглощением 4%, ее относят к среднеспекающейся.

Спекание  у глин может происходить при  разных температурах. Если температура спекания глин ниже 1100°С, их называют глинами низкотемпературного спекания. 1100 -1300"С — среднетемпературного спекания, более 1300 С высокотемпературного спекания. Спекаемость глин определяют по ГОСТ 21216.9—81.

     Интервал  спекания также характеризует спекаемость глин и представляет собой разность между температурой начала пережога (деформации) глины и температурой начала спекания, при которой начинается интенсивное уплотнение материала. Наименьший интервал спекании (примерно 50-100С".) у легкоплавких глин, наибольший (до 400С)- у огнеупорных.

     Интервал  обжига изделий в отличие от интервала  спекания глин представляет собой разность между температурами обжига изделия, в пределах которых получают годное изделие, т. е. его водопоглощение находится в пределах требований стандарта на изделие.

     Огневая усадка - уменьшение размеров абсолютно сухого глиняного образна при его обжиге. Сближение глинистых частиц происходит во время обжига при появлении жидкой фазы. Нерасплавившиеся частицы массы при этом смачиваются и сближаются под воздействием сил поверхностного натяжения. Огневая усадка колеблется от 2 до 8%.

     5. Что представляют  собой магнезиальные  вяжущие вещества  и в чем их  отличие от других  вяжущих?

               Магнезиальные вяжущие вещества (каустический магнезит и каустический  доломит) – тонкие порошки,  главной составной частью которых  является оксид магния.

              Каустический магнезит получают  при обжиге горной породы магнезита  MgCO3 в шахтных или вращающихся  печах при 650…850⁰ С. В результате  MgCO3 разлагается по схеме MgCO3= MgO+CO2. Оставшееся твердое вещество (окись магния) измельчают в тонкий порошок.

              Каустический доломит MgO и СаСО3 получают путем обжига природного доломита СаСО3 . MgCO3 c последующим измельчением его в тонкий порошок. При обжиге доломита СаСО3 не разлагается и остается инертным как балласт, что снижает вяжущую активность каустического доломита по сравнению с каустическим магнезитом.

              Магнезиальные вяжущие затворяют не водой, а водными растворами солей сернокислого или хлористого магния. Это ускоряет твердение и значительно повышает прочность, так как наряду с гидратацией оксида магния происходит образование гидрохлорида магния 3MgO.MgCl2.6Н2О. При затворении водой оксид магния гидратируется очень медленно.

              Магнезиальное вяжущее относят к воздушным вяжущим веществам. Оно отличается высокой прочностью, достигающей при сжатии 60-100МПа, хорошо сцепляется с деревом, поэтому его можно применять для изготовления фибролита и магнезиально-опилочных полов – монолитных и плиточных.

     6. Что такое портландцемент? Его химический  состав и особенности .

     Портландцемент (англ. Portland cement) — гидравлическое вяжущее вещество, в составе которого преобладают силикаты кальция (70-80 %). Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах.

     Название  получил по имени острова Портленд (Portland) в Англии, так как по цвету похож на добываемый там природный камень.

     Основой портландцемента являются силикаты кальция (алит и белит).

     Процесс производства

     Портландцемент  получают тонким измельчением клинкера и гипса. Клинкер — продукт равномерного обжига до спекания однородной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины определённого состава, обеспечивающего преобладание силикатов кальция (3СаО∙SiO2 и 2СаО∙SiO2 70-80 %).

     Самые распространённые методы производства портландцемента так называемые «сухой» и «мокрый». Всё зависит  от того, каким способом смешивается  сырьевая смесь — в виде водных растворов или в виде сухих смесей.

     При измельчении клинкера вводят добавки: 1,5…3,5 % гипса СaSO4∙2H2O (в перерасчёте на ангидрид серной кислоты SO3) для регулирования сроков схватывания, до 15 % активных минеральных добавок — для улучшения некоторых свойств и снижения стоимости цемента.

     Сырьём  для производства портландцемента  служат смеси, состоящие из 75…78 % известняка (мела, ракушечника, известнякового туфа, мрамора) и 22…25 % глин (глинистых сланцев, суглинков), либо известняковые мергели, использование которых упрощает технологию. Для получения требуемого химического состава сырья используют корректирующие добавки: пиритные огарки, колошниковую пыль, бокситы, пески, опоки, трепелы.

     При мокром способе производства уменьшается  расход электроэнергии на измельчение  сырьевых материалов, облегчается транспортирование  и перемешивание сырьевой смеси, выше гомогенность шлама и качество цемента, однако расход топлива на обжиг и сушку составляет на 30-40 % больше чем при сухом способе.

   Обжиг сырьевой смеси проводится при температуре 1 47⁰°C в течение 2…4 часов в длинных вращающихся печах (3,6х127 м, 4×150 м и 4,5х170 м) с внутренними теплообменными устройствами, для упрощения синтеза необходимых минералов цементного клинкера. В обжигаемом материале происходят сложные физико-химические процессы. Вращающуюся печь мокрого способа условно можно поделить на зоны: