Осадочные горные породы

      1. Осадочные горные  породы. Общая характеристика

      Излившиеся (эффузийные) горные породы образовались при остывании магмы, излившейся на поверхность земной коры. Структура  излившихся пород может быть полукристаллической, зернистой и стекловатой. Излившиеся породы имеют химический и минералогический составы такие же, как и глубинные, обладают примерно теми же физико-механическими свойствами, но отличаются мелкокристаллической (до стекловатой) структурой.

      Кварцевый порфир — аналог гранита — имеет  стекловатую структуру с вкраплением крупных зерен кристаллов кварца. При выветривании эти зерна могут выпадать из основной массы горной породы. Плотность 2400...2600 кг/м3, предел прочности при сжатии 130...180 МПа. Используют его в виде щебня или штучного камня. Наряду с кварцевым порфиром существует бескварцевый порфир (аналог сиенитов), в котором кварц отсутствует.

      Излившиеся  плотные 

      Трахит  — горная порода, по химико-минералогическому  составу сходная с порфиром, но образовавшаяся в более поздние  геологические периоды. Трахит отличается высокой пористостью и относительно низким пределом прочности при сжатии — 60... 70 МПа.

      Диабаз  — аналог габбро — состоит из плагиоклаза и авгита и имеет  в своем составе примеси кварца и роговой обманки. Плотность 2800...3000 кг/м3, предел прочности при сжатии 200... 300 МПа, цвет темно-серый. Диабаз хорошо полируется. Применяют его в виде щебня, штучных камней, плит, брусчатки, в качестве облицовочного материала. Из расплавленного диабаза при температуре 1200... 1350 °С отливают различные изделия. Плавленый диабаз стоек к кислотам и щелочам, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Прочность плавленого диабаза составляет около 500 МПа.

      Базальт по химическому и минералогическому  составу является аналогом габбро. Имеет темный цвет, скрытокристаллическую структуру с некоторым количеством вулканического стекла и состоит из плагиоклаза и авгита. Плотность 2700... 3300 кг/м3, предел прочности при сжатии 100... 150 МПа. Высокая твердость и прочность базальтов позволяет использовать их в качестве материалов для дорожных покрытий. Применяют базальт как сырье для изготовления каменного литья.

      Порфирит  и андезит — аналоги диорита. Порфирит — более старая, а андезит  — более молодая горные породы; цвет их серый, серовато- и желтовато-зеленый. Плотность 2200... 2800 кг/м3, предел прочности при сжатии 60...240 МПа. Порфириты применяют в качестве облицовочного материала, щебня и дорожной брусчатки, а андезит (как кислотостойкий материал) — в качестве заполнителя в кислотоупорных бетонах, а также для специальных облицовок.

      Излившиеся  пористые

      Обломочные  породы делят на рыхлые (пемза, вулканические  пеплы и др.) и цементированные (вулканический туф).

      Пемза образовалась при быстром остывании  магмы и интенсивном выделении  из нее газов, вспучивающих массу. Последующее быстрое остывание вспученных кусков магмы приводит к образованию стекловидной пористой породы. Цвет пемзы серый, черный и иногда белый. Пемза состоит из кремнезема SiO2 (до 70%) и глинозема А12О3 (до 15%). Залегает пемза в виде обломков размеров 5...50 мм в диаметре, выброшенных во время извержения вулканов. Плотность пемзы в куске 400... 1400 кг/м3, пористость до 80 %, предел прочности при сжатии 0,4...2,0 МПа, твердость 6. Используют пемзу как щебень для легких бетонов, в качестве теплоизоляционного материала, а также как активную минеральную добавку к извести и цементам.

      Вулканический пепел встречается в виде порошка  от серого до черного, цвета. Применяют  для получения легких растворов  и бетонов, а также в качестве активной минеральной добавки к вяжущим веществам.

      Вулканические туфы — сцементированная туфовая  лава, образованная при перемешивании  во время извержений к жидкой лаве пепла и песка. В результате быстрого охлаждения туфы имеют стекловидное строение. Типичным представителем вулканического туфа является артикский туф (по наименованию месторождения, расположенного близ г. Артик в Армении). Плотность туфа в куске 1250...1350 кг/м3, пористость 40...70%, предел прочности при сжатии 8... 19 МПа и выше, теплопроводность 0,21...0,33 Вт/(м-°С). Цвет розовато-фиолетовый. Применяют туф в качестве песка или щебня для легких бетонов и растворов, крупных стеновых блоков, а также активной добавки к воздушной извести или цементу. Высокие декоративные качества и морозостойкость позволяют широко применять туф в качестве облицовочного материала для фасадов зданий.

 

       2. Стеновые и кровельные керамические материалы

      Основная  область применения керамики в строительстве  — материалы для ограждающих  конструкций: стеновые (кирпич и керамические камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.

      Стеновые  материалы — это кирпич и камни (последние отличаются от кирпича  большими размерами).

      Кирпич  керамический обыкновенный. В соответствии с действующими стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250 х 120 х 65 мм; реже производится утолщенный — 250 х 120 х х 88 мм и модульный — 288 х 138 х 65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессования также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).

      Плотность обыкновенного полнотелого керамического  кирпича — 1600… 1800 кг/м ; пористость — 28…35 %; водопоглощение не менее 8.

      Основная  характеристика качества кирпича —  марка по прочности, определяемая по результатам испытания кирпича  на сжатие и изгиб. Установлено 8 марок: от 75 до 300.

      Обыкновенный  керамический кирпич благодаря достаточно высоким показателям физико-механических свойств и долговечности широко применяют в современном строительстве для кладки наружных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.

      Кирпич  полусухого прессования нельзя применять  для кладки цоколей, фундаментов  и наружных стен влажных помещений.

      На  складах кирпич хранят в штабелях высотой до 1,6 м, уложенным на ребро.

      Пустотелый  кирпич и керамические камни. У обыкновенного  керамического кирпича есть два  существенных недостатка: относительно высокая плотность (1600… 1800 кг/м3) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича, и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе России традиционная толщина стен 51 и 64 см) и их большую массу.

      Пустотелыми считаются кирпич и камни, объем пустот которых более 13 %. Форма и размер пустот могут быть различными. Расположение пустот преимущественно вертикальное, но допустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенными пустотами.

      Керамическими камнями называют штучные стеновые изделия размером от 250 х 120 х 138 мм (сдвоенный по высоте кирпич) и до укрупненных камней 510 х 260 х 219 мм для кладки стен в «один камень». Применение керамических камней позволяет значительно ускорить кладочные работы.

      Прочностные свойства (марки) и морозостойкость пустотелых кирпича и камней такие же, как у обыкновенного керамического кирпича.

      Пустотелый  кирпич и камни нельзя использовать для кладки фундаментов, подвалов, цоколей  и других частей зданий, где они  могут контактировать с водой. Замерзание воды, попавшей в пустоты кирпича или камней, сразу приводит к их разрушению.

      Кровельные  керамические материалы — черепица и керамический сланец ардогрес.

      Керамическая  черепица — старейший искусственный  кровельный материал, применявшийся  с давних пор практически во всех странах мира. Особенное распространение получила черепица в европейских странах, Японии, Китае; при этом форма и цвет черепицы у разных народов были различными.

      Сырьем  для черепицы служат кирпичные глины, только качество их подготовки должно быть выше. Ленточную черепицу формуют на таких же прессах, как кирпич. Штампованную прессуют поштучно. В остальном технология черепицы аналогична технологии кирпича.

      Черепичная  кровля декоративна и очень долговечна. Недостатки ее — большой вес и  трудоемкость устройства. Черепица требует мощной стропильной системы; рекомендуемый угол наклона кровли 30…45° (для желобчатой, укладываемой на растворе, — 15°).

      В конце XX в. появился новый вид керамического  кровельного материала, имитирующего кровельные плитки из природного сланца и получившего название ардогрес (от итал. ardois — сланец и gres — каменная керамика). Ардогрес представляет собой плоские тонкие (9,5 мм) плитки размером 40 х 40 см и 20 х 40 см. Цвет плиток темно-серый и коричневый; они окрашены в массе и не выцветают на солнце.

      Плитки  ардогрес получают по технологии керамогранита  прессованием из почти сухой керамической массы и последующим обжигом  до полного спекания. Благодаря этому  получается прочный материал с чрезвычайно  низким водопоглощением (менее 0,5 %), что гарантирует высокую морозостойкость и долговечность.

      Монтаж  кровли из плиток ардогрес очень прост: они навешиваются с помощью шурупов, устанавливаемых на обрешетке и  продеваемых в отверстия, имеющие  форму замочной скважины, находящейся  в верхней части плиты.

 

       3. Производство деталей  из керамики

      Основными этапами изготовления деталей из керамики являются:

      – химический анализ и подготовка исходного  керамического сырья;

      – тонкий помол и смешивание компонентов;

      – формование заготовки изделия;

      – механическая обработка необожженных заготовок;

      – сушка заготовок;

      – обжиг (предварительный и окончательный);

      – глазурование;

      Химический анализ и подготовка керамического сырья

      От  качества исходных компонентов существенно  зависят свойства керамики и их воспроизводимость. Поэтому необходимо тщательно контролировать и регулировать физико-химические свойства используемых материалов. Однородные по составу сырьевые материалы получить трудно. Поэтому в процессе контроля устанавливается содержание различных примесей, которые не должны превышать установленного предела. После этого следует очистка сырья от различных загрязнение, железистых включений и других примесей. Органические примеси удаляются с помощью предварительного обжига.

      В качестве основных сырьевых материалов для изготовления дешевых керамических изделий электронной техники, к электрофизическим параметрам которых предъявляются не высокие требования, используются традиционные материалы. К ним применяют упрощенные способы очистки для удаления загрязнений, попадающих в массу при технологической переработке (промывка раствором соляной кислоты, электромагнитная сепарация, водная промывка, гидравлическая сепарация тяжелыми жидкостями, флотационное обогащение).

      Затем сырье подвергают грубому дроблению вначале на гинековых или валковых дробилках, а затем на бегунах с подвижным поддоном. При этом производится обработка каждого отдельного компонента (каолин, кварц, тальк, окись циркония, глина, мрамор и т.д.).

      Далее следует просеивание материала  через сито и очистка фракций от металлических частиц.

      Тонкий помол и  смешивание компонентов.

      Измельчение и одновременное смешивание материалов, в заданных пропорциях производится на вибрационных мельницах. Длительность цикла составляет 30–90 мин. Помол  производится с добавкой воды. В бак загружаются материалы и фарфоровые шары диаметром от 20 до 70 мм.

      При вибрации шары перемещаются, перетирая  массу, которая при этом перемешивается.

      Величина  частиц материала после такого помола не превышает 1 мкм.

      После помола образовавшаяся жидкая масса – называемая шликер – пропускается через магнитный сепаратор для удаления железистых включений и через сито (900–1600 отв/см2) для удаления прочих механических примесей.

      Очищенный шликер подвергается уплотнению с целью  удаления излишков воды и пузырьков воздуха. Влажность массы шликера доводиться до 22–25%.

      Формование заготовок.

      Осуществляется  одним из следующих способов: сухим  прессованием, пластичным прессованием (штамповкой), выдавливанием через  мундштук, горячим литьем под давлением.

      Сухое прессование применяется для  изготовления изделий, относительно большой толщины с незначительными выступами и впадинами (заготовки керамических конденсаторов). Заготовки из влажного шликера высушивают в сушильных шкафах или токами высокой частоты до влажности 4–5%. Затем производится их размельчение и просеивание через сито (64–81 отв/см2). В полученный порошок вводится пластификатор – парафин или водный раствор поливинилового спирта. Массу формуют в металлических пресс-формах на гидравлических или пневматических прессах.