И каменное литье
Из расплавленных шлаков металлургической промышленности изготавливают плотные камни, плиты, трубы, шлаковую пемзу, шлаковую вату и шлакоситаллы.
Плотные камни, плиты, трубы получают заливкой в формы огненно-жидких шлаков, доставляемых из доменных или мартеновских печей. Камни и плиты применяют для покрытия дорог, тротуаров, полов промышленных зданий, трубы – для транспортировки агрессивных жидкостей.
Шлаковая пемза (термозит) представляет собой легкий заполнитель для бетонов со средней плотностью 300–1100 кг/м3. Один из способов ее изготовления – вспучивание в бассейне. Расплав шлака сливается в бассейн, в днище которого находятся трубы с отверстиями, через которые подается под давлением вода. Испаряясь, вода вспучивает шлак.
Каменное литье получают чаще всего из базальта или диабаза. Их плавят при температуре 1400–1500 ºС и разливают в формы. После охлаждения для снижения напряжений и образования кристаллической структуры изделие отжигают при температуре 800–900 ºС. Строительные изделия из каменного литья обладают высокой химической стойкостью, прочностью, твердостью. Их применяют в химической, металлургической и горнообогатительной промышленности для покрытия полов, в качестве футеровочного материала в аппаратах, где возникают большие истирающие усилия.
Стеклокристаллические материалы
(ситаллы и шлакоситаллы)
Стеклокристаллические материалы имеют кристаллическую структуру. Между мелкими кристаллами размером до 1 мкм имеется стекловидная фаза в количестве 5–10 %. Их получают введением катализаторов кристаллизации в расплавленную стекольную массу или металлургические шлаки.
Ситаллы получают из того же сырья, что и стекло, с добавками соединений титана, лития, циркония и др. Производство изделий из ситаллов включает дополнительную термообработку. Их нагревают и выдерживают при температуре, соответствующей образованию центров кристаллизации, а затем при температуре максимальной скорости роста кристаллов. Ситаллы обладают высокой прочностью при сжатии – R сж = 500…1500 МПа, растяжении – R р = 25…500 МПа, химической стойкостью – 99,8 %, низкой истираемостью И= 0,016…0,03 г/см2; термостойкость составляет 200–1100 ºС. Их применяют для изготовления особо точных станков, труб теплообменников, в химической промышленности.
Шлакоситаллы получают введением в огненно-жидкие шлаки катализаторов кристаллизации – ТiО2, СаF2, Р2О5 и др. Они имеют предел прочности при сжатии 90–130 МПа, высокую химическую стойкость – 99,8 %, термостойкость и морозостойкость, низкую истираемость И = 0,016…0,03 г/см2. Применяют для покрытия полов, изготовления санитарных изделий, труб, для футеровки строительных конструкций и аппаратов в химической и горнодобывающей промышленности.
ЛЕСНЫЕ МАТЕРИАЛЫ (МАТЕРИАЛЫ
И ИЗДЕЛИЯ ИЗ ДРЕВЕСИНЫ)
Общие сведения
Лесные материалы получают в основном из древесины стволов деревьев, освобожденных от коры. Их применяют для изготовления шпал, устройства полов, оконных и дверных заполнений, лесов, подмостей и других целей.
Широкое применение лесных материалов в строительстве объясняется положительными свойствами древесины – высокой прочностью, небольшой средней плотностью, долговечностью при благоприятных условиях эксплуатации, малой теплопроводностью, способностью склеиваться.
Вместе с тем древесина имеет ряд недостатков, которые ограничивают ее применение: неоднородность строения, расположенность к загниванию и горению, способность изменять размеры при высыхании и увлажнении.
В настоящее время широко используется низкокачественная древесина и отходы для изготовления плит, досок с применением полимерных клеев и минеральных вяжущих веществ. Кроме того, древесина применяется для изготовления бумаги, картона, целлюлозы и других целей.
Территория Беларуси составляет 207,6 тыс. км2, из которых леса занимают 1/3 ее площади. Из них 2/3 составляют хвойные породы, в том числе сосна 56,3 % и ель 9 %. Из лиственных преобладает береза и 5 % дуб, граб, клен, ясень, липа. Спелые леса занимают 15 %.
Породы деревьев
Породы деревьев подразделяются на хвойные и лиственные. К хвойным породам относят сосну, ель, лиственницу, пихту, кедр. Они имеют наибольшее хозяйственное значение.
Сосна является одной из распространенных хвойных пород. Продолжительность жизни составляет около 300 лет. Имеет высоту 30–40 м и диаметр 40–80 см. Заготавливается в возрасте 80–120 лет. Древесина сосны обладает высокими строительными свойствами. Применяется в виде бревен, столбов, шпал, для изготовления пиломатериалов, столярных изделий.
Ель. Продолжительность жизни ели составляет 250–300 лет, высота – 20–40 м, диаметр – до 80 см. Заготавливается в возрасте 100–150 лет. Древесина менее долговечна, чем сосны, легче подвергается загниванию. Применяется для изготовления пиломатериалов, шпал, столярных изделий.
Лиственница растет высотой 30–35 м. Заготавливается в возрасте 80–120 лет. Имеет упругую, твердую, долговечную древесину. Следует иметь в виду, что древесина лиственницы подвержена сильному растрескиванию, требуется медленное и тщательное высушивание. Применяется в подводном строительстве, для изготовления шпал, столбов.
Пихта имеет древесину, по свойствам близкую к древесине ели. Применяется как местный материал наравне с елью.
Кедр имеет мягкую, легкую древесину с механическими свойствами несколько ниже, чем древесина сосны. Применяется для изготовления шпал, столярных изделий.
Из лиственные пород наибольшее применение в строительстве нашли дуб, вяз, ясень, береза, ольха и осина. Однако по хозяйственному значению они уступают хвойным.
Дуб является одной из распространенных лиственных пород. Растет высотой 30 м и более. Средняя продолжительность жизни – 500–600 лет. Он имеет прочную и упругую древесину, стойкую против гниения. В воде прочность его увеличивается.
Древесина дуба подвержена сильному растрескиванию и короблению и требует тщательного и медленного высушивания. Применяется в строительстве для изготовления ответственных несущих конструкций и изделий, паркета, фанеры, в столярно-мебельном производстве.
Вяз имеет тяжелую, прочную, вязкую древесину. Применяется для изготовления фанеры и столярных изделий.
Ясень обыкновенный имеет твердую, вязкую, с красивой текстурой древесину. Применяют его для изготовления паркета, столярных изделий, мебели.
Береза является самой распространенной лиственной породой. Имеет высокую прочность, однако подвержена загниванию, растрескиванию, короблению. Применяется в основном для изготовления фанеры.
Ольха (черная) – порода, распространенная в Беларуси. Имеет белую древесину, быстро краснеющую на воздухе. Древесина мягкая, легкая, склонна к загниванию. Применяется для изготовления фанеры, мебели.
Осина имеет мягкую древесину белого цвета. При повышенной влажности быстро загнивает. Применяется для изготовления фанеры, гонта, малоответственных конструкций.
Строение дерева
Дерево состоит из корней, ствола и кроны. Корни служат для всасывания воды и растворенных в ней питательных веществ. Они же удерживают дерево в вертикальном положении. Ствол проводит питательные вещества от корней к листьям и от листьев к корням. Крона состоит из ветвей и листьев или хвои. В листьях образуются органические вещества.
Главное промышленное значение имеет ствол, который дает от 50 до 90 % древесины.
При изучении строения ствола и древесины рассматривают ее макроструктуру – видимое невооруженным глазом или через лупу и микроструктуру – видимое под микроскопом.
Макроскопическое строение древесины. Изучение ведут по трем разрезам ствола: поперечному (торцевому), радиальному, проходящему через ось ствола, и тангенциальному, проходящему по хорде вдоль ствола (рисунки 13.1, 13.2).
Различают следующие основные части ствола: кору, камбий, древесину и сердцевину.
Кора состоит из наружного слоя (кожицы, или корки) и внутреннего (луба). Кожица, или корка, предохраняет древесину от внешних воздействий. Луб проводит питательные вещества, вырабатываемые листьями, вниз по стволу.
Камбий – тонкий слой клеток, способный к делению и росту. В результате образуются клетки луба и древесины.
Древесина слагается из годичных слоев в виде концентрических колец, видных у большинства пород невооруженным глазом.
Древесина включает заболонь и ядро, отличающиеся по цвету. Заболонь состоит из живых клеток, ядро – из мертвых. У таких пород, как береза, клен, ольха, ядро отсутствует, и их называют заболонными.
Рисунок 13.2 –Поперечный разрез ствола:
1 – сердцевина; 2 – сердцевинные лучи; 3 – ядро; 4 – пробковый слой; 5 – лубяной слой; 6 – заболонь; 7 – камбий; 8 – годичные слои
Сердцевина расположена в центре ствола. Она имеет небольшую прочность и подвержена загниванию.
По радиусам к коре располагаются сердцевинные лучи, которые проводят питательные вещества в горизонтальном направлении. Наблюдая строение древесины под микроскопом, видим, что основной ее объем составляют сосуды.
Лиственные породы по характеру строения сосудов подразделяются на кольцесосудистые и рассеянно-сосудистые. К кольцесосудистым, имеющим промышленное значение, относят дуб, ясень, вяз. У них крупные сосуды расположены в ранней древесине годичных слоев, мелкие сосуды собраны в группы или равномерно распределены в поздней древесине. К рассеянно-сосудистым относят березу, клен, осину, ольху и все остальные лиственные породы. У них сосуды распределены равномерно по всей ширине годичного слоя.
Хвойные породы деревьев состоят из замкнутых клеток – трахеидов. Кроме того, они имеют ходы, заполненные смолой.
Микроскопическое строение древесины. Древесина состоит из клеток. Из них мертвые клетки составляют 98 %. Растительная клетка имеет тонкую прозрачную оболочку толщиной до 0,001 мм, внутри которой имеется протопласт, состоящий из цитоплазмы и ядра. Клеточная оболочка состоит из органического вещества клетчатки или целлюлозы. С развитием состав и строение клетки изменяется. Может происходить одревеснение и опробкование. При одревеснении образуется лигнин. В процессе роста клеточные оболочки утолщаются. Оставшиеся неутолщенные места поры служат для проведения воды с питательными веществами из одной клетки в другую.
Различают два вида основных клеток – прозенхимные диаметром 0,01–0,05 и длиной 0,5–0,3 мм и паренхимные с размерами сторон 0,01–0,1 мм. В паренхимных клетках откладываются запасные питательные вещества в виде крахмала, жиров и пр., которые весной поступают в крону дерева для образования листьев. Количество их у хвойных пород составляет 1–2 %, у лиственных – 2–15 %.
Основная масса древесины состоит из прозенхимных клеток, которые разделяются на проводящие и опорные или механические. Проводящие служат для проведения из почвы в крону воды с растворами минеральных солей; опорные – придают механическую прочность древесине.
Строение древесины хвойных пород. Основную массу хвойных пород составляют клетки, называемые трахеидами. С соседними клетками они сообщаются через поры, находящиеся в стенках. Трахеиды – мертвые клетки. Только вновь образующийся годичный слой содержит живые трахеиды.
Сердцевинные лучи состоят в основном из паренхимных клеток. Они не заметные или слабозаметные невооруженным глазом.
12.5.1 Смоляные ходы представляют собой клетки, вырабатывающие и хранящие смолу. В основных хвойных породах сосны, ели, лиственницы, кедра они связаны в единую систему сообщающихся каналов.
Строение древесины лиственных пород. Древесину лиственных пород составляют сосуды и сосудистые трахеиды, волокна либриформа, паренхимные клетки.
Сосуды – крупные клетки с тонкими стенками и большой внутренней полостью. Они служат для проведения воды с растворенными минеральными веществами из корней к листьям.
Волокна либриформа составляют до 76 % от общей массы. Представляют собой длинные клетки с одревесневшими стенками и узкими каналами с длиной волокон 0,3–2 мм и толщиной – 0,02–0,005 мм. Они придают прочность древесине.
Паренхимные клетки могут быть собраны в вертикальные ряды, они образуют сердцевинные лучи. В них хранятся запасные питательные вещества, необходимые для образования листьев весной.
