1) Определения
Природными каменными материалами следует называть конструкционные материалы, изделия из которых изготовляют механической обработкой горных пород.
Горная порода – природный минеральный агрегат, имеющий эксплуатационные свойства, подходящие для изготовления каких-либо элементов конструкции сооружения, изделия.
Минералы – природные кристаллические вещества с относительно постоянным составом и высоким уровнем свойств: прочности, твёрдости, обрабатываемости, долговечности.
2) Классификация природных каменных материалов
По виду поверхности после механической обработки:
грубообработанные – бутовый камень, щебень, гравий. песок;
точнообработанные – штучный камень и блоки правильной формы для кладки стен и тому подобное;
гладкообработанные – плиты облицовочные, для пола и тому подобное;
профилированные детали – ступени, подоконники, пояски, наличники, колонны.
По способу изготовления изделий:
колотые – тёска широкими (скарпель) и остроконечными (спица) пневматическими долотами и последующая зачистка специальными напильниками (бучарда);
пиленые – рамные пилы, снабжённые твёрдосплавными или алмазными резцами;
фрезерованные – на камнефрезерных станках вращающейся фрезой с твёрдосплавными пластинами;
шлифованные – на станках с вращающимся с большой частотой абразивным кругом из корунда;
полированные – на станках с вращающимся с большой частотой войлочным диском, содержащим тонкие абразивные порошки.
3) Свойства
Физические:
плотность – 1800...3000 кг / м3;
теплопроводность – высокая;
электроизоляционность – высокая;
Химическая стойкость – высокая:
от действия воды, кислот и щелочей не разрушаются;
стойкость к пару и газам – не проницаемы.
Механические:
прочность – на сжатие 10...500 МПа, на растяжение и изгиб 6...10 МПа.
твёрдость – 1...6 единиц по шкале Мооса.
Технологические – обрабатываются алмазным и твёрдосплавным режущим инструментом, шлифуются и полируются абразивными и сверхтвёрдыми материалами.
Эксплуатационные:
морозостойкость – 100...1000 циклов замерзания-оттаивания;
огнестойкость – 700...900 °С.
4) Виды изделий:
бутовый камень – куски неправильной формы размерами не более 500 мм. Бывает объёмный и постелистый (плоский);
щебень – куски дроблёного бутового камня размерами до70 мм и до 150 мм (гидротехнические сооружения);
гравий – окатанные куски камня размером до 70 мм;
песок – мелкие зёрна минералов размером до 5 мм;
штучные камни и блоки для стен – имеют пиленую или фрезерованную поверхность и стандартные размеры: 390*190*188 мм и другие;
облицовочные камни – имеют шлифованную или полированную поверхность и стандартные размеры: от 20*20 мм до500*500 мм и толщину 12...40 мм.
4) Природные каменные материалы применяются при строительстве гидротехнических, промышленных и уникальных архитектурных сооружений.
4.7 Каменное литьё
1) Сущность и достоинства конструкционных материалов из каменного литья
Все природные каменные материалы являются веществами кристаллическими и имеют такое физическое свойство, как температура плавления. После расплавления и медленного остывания по специальной технологии при отверждении каменные материалы улучшают свою структуру и повышают природные свойства, такие как прочность, химическую стойкость и морозостойкость, снижаются хрупкость, водопоглощение и истираемость, которые присущи всем натуральным каменным материалам,. Кроме того, изделию из каменного литья сразу придают требуемую конфигурацию, заливая расплав в литейную форму, что позволяет не производить дальнейшей механической обработки.
2) Сырьё – базальт, диабаз, доломит, известняк.
3) Технология изготовления изделий из каменного литья
Плавление производят в электродуговых печах при температуре 1350...1450 °С. Расплав выливают в металлическую литейную форму, нагретую до 900 °С и выдерживают при этой температуре в течение времени, необходимого для полной кристаллизации отливки, после чего дают медленно остыть (несколько часов) для снятия внутренних напряжений.
4) Свойства
Физические:
плотность – 2700...3000 кг / м3;
теплопроводность – высокая;
электроизоляционность – высокая;
Химическая стойкость – высокая:
от действия воды, кислот и щелочей не разрушается;
стойкость к пару и газам – не проницаемо.
Механические:
прочность – на сжатие 250...500 МПа, на растяжение и изгиб 30...50 МПа.
твёрдость – от 6 до 7 единиц по шкале Мооса.
Технологические – обрабатывается алмазным и твёрдосплавным режущим инструментом, шлифуется и полируется абразивными и сверхтвёрдыми материалами.
Эксплуатационные:
морозостойкость –1000 циклов замерзания-оттаивания;
огнестойкость – 700...900 °С.
5) Литые каменные материалы применяются при строительстве гидротехнических, промышленных и уникальных архитектурных сооружений, где требуются высокие эксплуатационные свойства: прочность, влагонепроницаемость химическая стойкость, сопротивление истиранию, морозоустойчивость, диэлектрические свойства.
Керамика
1) Определения
Керамикой называют конструкционные материалы, изготовленные из глины путём формования в сыром виде и последующего обжига при 1000 °С для спекания её частиц между собой, и в результате приобретшие свойства камня.
Глазурь – стеклянное прозрачное или цветное покрытие керамики, прошедшей обжиг (придаёт блеск).
Ангоб – глиняное цветное покрытие формованного изделия до обжига (придаёт матовость).
2) Классификация керамических изделий
По назначению:
стеновые – кирпичи и камни (блоки);
кровельные – черепица (плоские рельефные пластины);
облицовочные – покрытая глазурью плитка настенная и напольная;
электроизоляционные изделия – детали розеток, изоляторы;
изделия бытового назначения – покрытые глазурью или ангобами посуда, вазы, сосуды для жидкостей и сыпучих веществ;
санитарно-технические изделия – покрытые глазурью раковины, канализационные трубы и т. п.;
порошковые насыпные материалы – керамзит и аглопорит.
По виду структуры керамического материала:
пористые – у которых водопоглощение более 5 % по массе;
плотные – у которых водопоглощение менее 5 % по массе.
По огнестойкости керамического материала:
легкоплавкие – имеют температуру плавления ниже 1350 °С;
тугоплавкие – имеют температуру плавления 1350...1580 °С;
огнеупорные – имеют температуру плавления свыше 1580 °С.
3) Свойства керамических материалов
Физические:
плотность –1600...1900 кг / м3;
теплопроводность – высокая у плотного, у пористого ниже в 4 раза;
электроизоляционность – высокая;
пористость – объём пор 10...40% общего объёма изделия;
паропроницаемость – высокая у пористого, у плотного ниже в 5 раз;
Химическая стойкость – высокая:
обычные – в воде не растворяются, от действия кислот и щелочей разрушаются;
кислотоупорные от действия кислот и щелочей не разрушаются;
Механические:
прочность на сжатие – пористые до 30 МПа, плотные до 100 МПа, на изгиб – 5...10 МПа,
твёрдость – пористые 5, плотные 7 единиц по шкале Мооса;
Технологические:
плотная керамика имеет хорошую обрабатываемость резанием (пиление алмазным инструментом, точение твёрдыми сплавами);
пористая керамика имеет хрупкость (ломается ударным инструментом).
Эксплуатационные:
морозостойкость – пористые – 15...50, плотные – 50...100 циклов замерзания-оттаивания;
огнестойкость – пористые – 900 °С, плотные – 1500...1700 °С.
Бетоны
1) Определения
Бетонная смесь – вязкийкомпозиционный материал, изготовляемый перемешиванием портландцемента, песка, щебня и воды в определённых пропорциях, имеющий способность отвердеть по истечении времени.
Бетонное изделие – продукт отверждения бетонной смеси, залитой в литейную форму или изготовляемой (замешиваемой) сразу в литейной форме.
Бетон – отвердевший из бетонной смеси композиционный конструкционный материал, из которого изготовлено бетонное изделие.
Портландцемент – тонкийтёмно-серый порошок из веществ, смесь которых имеет возможность отвердеть в смеси с водой по истечении времени, используемый в качестве вяжущего вещества для замешивания бетонной смеси.
2) Классификации бетонов
По виду заполнителей:
на плотных;
на пористых;
на специальных (для придания особых свойств).
По величине объёмной массы:
особо тяжёлые – более 2500 кг / м3 (заполнители: магнезит, барит, чугунный скрап);
тяжёлые – 2200...2500 кг / м3 (заполнители: песок, гравий, щебень);
облегчённые – 1800...2200 кг/м3 (заполнители: песок, гравий, щебень с добавкой керамзита);
лёгкие – 500...1800 кг / м3 (заполнители: песок, керамзит);
особо лёгкие (газо- и пенобетон) – менее 500 кг/м3 (заполнители: тонкодисперсный песок, газы или пена в порах).
3) Свойства
Физические:
объёмная масса – 250...5000кг / м3;
теплопроводность – высокая у плотного, у пористого ниже в 4 раза;
электроизоляционность – высокая;
пористость – объём пор 10...40% общего объёма изделия;
водопоглощение – у плотного 10...20% по объёму, у пористого выше до 4,5 раз;
Химическая стойкость – высокая:
обычные – в воде не растворяются, от действия кислот и щелочей разрушаются;
кислотоупорные от действия кислот и щелочей не разрушаются;
Механические:
прочность на сжатие – пористые до 5 МПа, плотные до 80 МПа, на изгиб – 5...7 МПа,
твёрдость – плотные 5 единиц по шкале Мооса;
Технологические:
хорошая обрабатываемость резанием (пиление твёрдыми сплавами);
высокая хрупкость (ломается ударным инструментом).
Эксплуатационные:
морозостойкость – 25...1000 циклов замерзания-оттаивания (самая высокая у особолёгких);
огнестойкость – тяжёлые 900 °С, жаростойкие до 1700 °С.
4) Состав бетонной смеси обозначают в виде расхода материалов на 1 м3 уплотнённой смеси. Например: портландцемента – 300 кг, мелкого заполнителя (песка) – 600 кг, крупного заполнителя (щебня или гравия) – 1200 кг, воды – 180 кг. Итого: вес 1 м3 бетонной смеси – 2280 кг.
5) Применение различных видов бетонов
Особо тяжёлые – специальные бетоны: огнеупорные (футеровка печей), кислотоупорные (промышленные и канализационные сооружения), морозоустойчивые (сооружения в районах крайнего севера). Марки: М400; М500; М600; М800; М900; М1000.
Тяжёлые, облегчённые – в строительстве промышленных и жилых сооружений. Марки: М50; М75; М100; М150; М200; М250; М300; М350.
Лёгкие, особолёгкие – для утепления жилых и других строительных сооружений. Марки: М15; М25; М30; М35.
Обозначение марки: М – марка бетона по прочности на сжатие, число – прочность на сжатие в кг/см2 (для перевода в МПа следует умножить на 10-1).
Стекло
1) Определения
Стеклом называют конструкционные материалы, обладающие оптическими свойствами: светопропускание, светоотражение, рассеивание света.
Оптика – раздел физики, изучающий процессы излучения света, его распространения и взаимодействия с веществами.
Оптический – зрительно воспринимаемый человеком результат распространения света.
2) Классификации стекла как конструкционного материала
По химическому составу:
кварцевое (SiO2 – 99%);
силикатное (SiO2 –75%; Na2O – 15%; CaO – 10%);
термостойкое (SiO2 – 80%; MgO – 0,5%; CaO – 10%).
По назначению:
строительное – листовое оконное, витринное, стеклоблоки, облицовочное, профильное, армированное;
техническое – полированное, закалённое, эмалированное;
специальное – пропускает ультрафиолетовые лучи, с высокой термо- и химической стойкостью, изменяет силу светового потока, поглощает отдельные части светового спектра;
тарно-бытовое – посуда, ёмкости для хранения жидкостей.
3) Свойства стекла (минимальные числовые значения свойств – для неспециальных видов стекла)
Физические:
цвет – для большей прозрачности стекло изготовляют бесцветным, для окрашивания при варке в массу добавляют оксиды металлов (хром – зелёный, медь – красный, кобальт – синий, серебро – жёлтый);
плотность – 2500...6000 кг / м3;
теплопроводность – низкая;
электроизоляционность – высокая;
температура плавления – конкретная величина отсутствует, так как стекло является веществом аморфным.
Химические:
стойкость к кислотам – не разрушается от действия кислот (кроме плавиковой и фосфорной);
стойкость к воде и щелочам – высокая (процесс разрушения идёт очень медленно);
стойкость к пару и газам – практически не проницаемы.
Механические:
прочность на сжатие – 700...1000 МПа, на растяжение – 35...85 МПа, на изгиб – 50...150 МПа, на ударный изгиб – 0,2 МПа;
твёрдость – 5-7 единиц по шкале Мооса;
хрупкость – у неспециальных видов стекла чрезвычайно высока. Её обусловливает кристаллический стеклообразующий компонент SiO2.
Технологические:
все виды стекла имеют хорошую обрабатываемость резанием (пиление алмазным инструментом, точение твёрдыми сплавами, абразивное шлифование и полирование);
все виды стекла поддаются формованию (пластическому деформированию) при температуре 800...1000 °С.
4) Виды специального стекла:
отражающее – для уменьшения нагрева солнечными лучами. Бывает двух типов: «под золото» и «под серебро», в дневное время изнутри прозрачно;
«увиолевое» – пропускает ультрафиолетовые лучи (до 75%);
теплопоглощающее – задерживает 70...75% инфракрасных лучей, что в 2-3 раза выше, чем у обычного стекла;
закалённое – имеет в 5-7 раз более высокую прочность на изгиб и ударный изгиб, чем обычное. Термообработка закаливанием производится быстрым охлаждением потоком воздуха после нагрева до 540...650 °С. При разрушении оно рассыпается на мелкие кубические кусочки;
армированное – внутри листового стекла находится металлическая сетка, удерживающая осколки от разлетания;
ламинированное – находящийся внутри листового стекла слой полимерной плёнки (триплекс), обеспечивает удержание осколков от разлетания, два слоя плёнки между тремя слоями стекла обеспечивают пуленепробиваемость.
5) Виды изделий из стекла:
листовое оконное – толщина 2,0 – 6,0 мм марки М1 до М5;
листовое витринное – толщина 8 – 12 мм, марки М6 до М8 (чем больше число в марке, тем выше прочность);
пустотелые блоки – размеры 190*190*80 мм и 190*190*100 мм, хорошо рассеивают свет, сохраняют тепло и задерживают звук, имеют различный цвет;
стеклянные трубы – диаметр 40 – 150 мм, длина 1500 – 3000 мм, имеют высокую химическую стойкость;
различные виды рельефного стекла – фары, изоляторы и тому подобное.
Лабораторная работа №3
«Определение прочности цементно-песчаной смеси»
(4 часа)
1 Цель работы: закрепить теоретические положения изучения механических свойств бетонов и растворов практическими испытаниями образцов.
2 Принадлежности:
стенд испытательный МИ-40У;
компьютер;
линейка металлическая 150;
ёмкость для цемента;
ёмкость для песка строительного;
ёмкость для замешивания цементно-песчаного раствора;
ложечка для отмеривания песка и цемента;
шпатель для перемешивания смеси песка и цемента;
контейнер для формования образца;
поддержка для контейнера;
пластина ДВП для подкладывания под контейнер на столе;
изготовленные на первом занятии образцы цементно-песчаных растворов для испытаний на сжатие;
материалы: цемент марки М400, песок строительный, вода.
