Свойства материала

1. Какие свойства материала определяют его способность вступать в химическое взаимодействие с веществами среды?

К свойствам материала  вступающим в химическое взаимодействие относятся:

Растворимость, способность  вещества образовывать с другим веществом (или веществами) гомогенные смеси  с дисперсным распределение компонентов;

Кристаллизация, переход вещества из газообразного (парообразного), жидкого или твердого аморфного состояния в кристаллическое, а также из одного кристаллического состояния в другое (рекристаллизация, или вторичная кристаллизация);

Коррозионная стойкость, способность материалов сопротивляться коррозии в данных условиях (щелочная, кислотная среда, проточная вода и др.); 

Атмосферостойкость, способность  выдерживать в течении длительного  времени действие атмосферных факторов (солнечная радиация, тепло, кислород, озон и др.) без существенных изменений  внешнего вида и эксплуатационных свойств;

Адгезия (от лат. adhaesio – прилипание), возникновение связи между поверхностями слоями двух разнородных (твердых или жидких) тел (фаз), приведенных в соприкосновение. Является результатом межмолекулярного взаимодействия, ионной и металлической связей;

Горючесть, способность вещества (материала) к распространению пламени или к тлению;

Токсичность (от греч. toxikon – яд), способность вещества вызывать нарушение физиологических функций организма, в результате чего возникают симптомы интоксикаций (заболевания), а при тяжелых поражениях – его гибель;

Старение, медленное самопроизвольное необратимое изменение свойств  материалов.

2. Что называется известью? Какие виды извести Вы знаете? Перечислите ее свойства.

Известь, вяжущий материал, получаемый обжигом и последующей  переработкой известняка, мела и др. известково-магнезийных горных пород, состоящих в основном из CaO¹ и MgO².

Виды извести:

По количеству содержащихся в извести силикатов и алюмоферритов  кальция придающих ей гидравлические свойства, различают:

• воздушную, обеспечивает затвердевание строительных растворов и сохранение ими прочности в условиях нормальной влажности;
• гидравлическую, обеспечивает затвердевание и сохранение прочности растворов, применяемых как на воздухе, так и вводе.

В воздушной извести силикаты и алюмоферриты кальция составляют обычно 4-12%, в отдельных случаях  до 20%. При содержании в извести 25-40% клинкерных минералов она проявляет слабые гидравлические свойства, такая известь называется слабогидравлической. Слабогидравлическая известь содержит силикаты и алюмоферриты кальция в количестве 40-90%.

По виду содержащегося  в воздушной извести основного  окисла она может быть:

• кальциевой (в настоящее время она является основным сырьем для производства автоклавных известково–песчаных силикатных материалов, применяется в основном для кладок);
• магнезиальной (основным применением извести является изготовление штукатурок, искусственного мрамора, лестничных ступеней и других строительных деталей);
• доломитовой (применяется в качестве связующего звена в растворах для кладки и штукатурки, также используется в агропромышленности в качестве удобрения).

Кальциевая известь содержит 70-96% CaO и до 2% MgO. Маломагнезиальная известь состоит из 70-90% CaO и в пределах 2-5% MgO. В магнезиальной извести MgO содержится в пределах 5-20%, в доломитовую 20-40%.

В зависимости от вариантов  дальнейшей обработки обожженного  продукта различают несколько видов воздушной извести:

• негашеную комовую известь – кипелку, состоящую главным образом из Ca(OH);
• негашеную молотую известь – порошкообразный продукт помола комовой извести;
• гидратную известь (гашеная) – пушонку – тонкий порошок, получаемый в результате нашения комовой извести определенным количеством воды и состоящий в основном из Ca(OH);
• известковое тесто -  тестообразный продукт гашения комовой извести, состоящий в основном из Ca(OH) и механически примешанной воды;
• известковое молоко – белая суспензия, в которой гидроксид кальция находится частично в растворенном виде, а частично во взвешенном состоянии.

По времени гашения  все сорта воздушной негашеной  извести подразделяют на три группы:

• быстрогасящаяся – время гашения не более 8 мин.;
• среднегасящаяся – время гашения не более 25 мин.;
• медленногасящаяся – время гашения не менее 25 мин.

Порошкообразную известь, получаемую путем размола или гашения (гидратации) комовой извести, подразделяют на: известь  без добавок и с добавками.

Строительную известь  изготавливают в соответствии с  требованиями государственного стандарта  по технологическому регламенту, утвержденному  в установленном порядке.

В производстве строительной извести используются следующие  материалы: карбонатные породы, минеральные добавки (гранулированные доменные и термофосфорные шлаки, активные минеральные добавки, кварцевые пески).

Воздушная негашеная известь  без добавок подразделяется –  на три сорта; негашеная порошкообразная  с добавками – на два сорта; гидратная (гашенная) без добавок  – на два сорта.

Требования к воздушной  извести.

Примечание:

1. В скобках указано содержание MgO для доломитовой извести.
2. CO₂ в извести с добавками определяют газообъемным методом.
3. Для кальциевой извести 3-го сорта, используемой для технологических целей, допускается по согласованию с потребителями содержание непогасившихся зерен не более 20%.

Влажность гидрататной извести  не должна быть более 5 %. Сортность извести определяет по величине показателя, соответствующего низшему сорту, если по отдельным показателям она соответствует разным сортам.

Требования к химическому  составу гидравлической извести.

Предел прочности образцов, МПа (кгс/см²), через 28 суток твердения должен быть не менее:

1. при изгибе:

0,4 (4,0) – для слабогидравлической  извести;

1,0 (10) – для сильногидравлической  извести;

2. при сжатии:

1,7 (17) – для слабогидравлической  извести;

5,0 (50) – для сильногидравлической  извести.

Вид гидравлической извести  определяют по пределу прочности  при сжатии, если по отдельным показателям  она относится к разным видам.

Содержание гидратной  воды в негашеной извести не должно превышать 2%.

Степень дисперсности порошкообразной  воздушной и гидравлической извести  должна быть такой, чтобы пи просеивании  пробы извести сквозь сито с сетками  № 02 и № 008 по ГОСТ 6613 проходило соответственно не менее 98,5 и 85%массы просеиваемой пробы. Максимальный размер кусков дробленой  извести должен быть не более 20мм.

Воздушная и гидравлическая известь должна выдерживать испытание  на равномерность изменения объема.

3. Что является сырьем для производства керамики? Опишите ее свойства.

Основным сырьем для производства керамических изделий являются глинистые материалы, трепельные, аргиллитовые и диатомитовые породы, органические и минеральные добавки, плавни.

Глины, их состав и свойства.

Термином «глина» обозначают тонкодисперсную фракцию горных пород, состоящих из глинообразующих минералов (водных алюмосиликатов) и примесей иных материалов, способную при затворении с водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает некоторой прочностью, а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

Глины образовывались в результате механического разрушения и химического  разложения изверженных полевошпатовых и метаморфических горных пород (гранитов³, гнейсов⁴, порфиров⁵, туфов⁶ и др.). Разрушение горных пород происходит под влиянием солнца, воды и резких перепадов температур, а химическое разложение вызывается действием воды и углекислоты на полевой шпат, в результате чего образуется минерал      каолинит – водный алюмосиликат А₁₂О₃ • 2SiO₂ • 2H₂О. Глины, состоящие в основном из каолинита, называются каолинами. Размер частиц каолина менее 0,01 мм. После обжига эти глины сохраняют преимущественно белый цвет. Каолины относят к первичным глинам. Основные месторождения каолина – Полевское, Кыш-тымское, Астафьевское, Невьянское (Россия), Глуховецкое, Белая Балка, Лозовиковское, Пологское, Просяновское (Украина).

Вторичными считают глины, которые отлагались в новых местах в результате переноса продуктов  разрушения горных пород дождевыми или снеговыми водами, ледниками, ветрами. Вторичные глины: содержат различные примеси – кварц, известняк, гипс, соединения магния и железа, органические и другие вещества, влияющие на свойства глин. Глины с незначительным количеством примесей называют огнеупорными, а глины с большим содержанием примесей – легкоплавкими обыкновенными. Основными месторождениями огнеупорных глин являются: Латненское, Торошковское, Ужельское, Часов-ярское, Новошвейчарское и д.р.

Помимо каолинитовых, в  природе встречаются гидрослюдистые глины, образованные в результате выветривания силикатных пород в условия повышенной влажности, и бентонитовые, полученные в результате выветривания туфов, вулканических  пеплов и др. Гидрослюдистые глины  широко применяются при изготовление строительной керамики, а бентонитовые – для изготовления фарфоровых изделий, промывочных растворов при бурении, обогащенных железных руд, осветления жидкостей.

К основным технологическим  свойствам относят пластичность, связующую способность, воздушную и огневую усадку, огнеупорность, спекаемость.

• Пластичность, свойство глин при смешивании с водой давать вязкое тесто, которому можно придать любу форму, сохраняющуюся после снятия нагрузок. Степень пластичности глин характеризуется числом пластичности «П». По числу П глины характеризуют (ГОСТ 9169 - 75) на высокопластичные  с П более 25; среднепластичные с П от 15 до 25; умереннопластичные  с  П от 7 до 15; малопластичные от 3 до 7 и не пластичные (теса из них не получается).

Высокопластичные глины  требую больше воды для приготовления  формовочных масс, их влажность 25-30% и более; влажность среднепластичных глин 20-25%, а для малопластичных 15-25%. Пластичность можно снизить благодаря введению в них отстающих материалов (песка, шлака, дегидратированной глины).

• Связующей способностью глин называется способность сохранять пластичность при введении в них не пластичных материалов (песок, шамота и др.). Критерием связующей способности является число пластичности массы. Измеряется связующая способность глин количеством                      нормального песка⁷ (ГОСТ 6139—78), при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. Высокопластичные глины способны связывать 60- 80% нормального песка, пластичные 20-60%, тощие до 20%.
• Воздушной усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема изделий, отформованных и высушенных при температуре до 110°С.
• Огневой усадкой называется уменьшение линейных размеров и объема изделий после обжига вследствие того что легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются.
• Огнеупорностью называется свойство глин сопротивляться действию высоких температур, не расплавляясь. Показателем огнеупорности является температура, при которой пироскоп – образец из данного материала в виде трехгранной усеченной призмы определенных размеров – деформируется под влиянием собственной тяжести, касаясь вершиной керамической подставки. Огнеупорность зависит от химического состава глин, а также характера газовой среды при обжиге глин, содержащих оксиды железа.
• Спекаемость, способность глин под действием высоких температур превращаться вплотный камне-подоный черепок с водопоглащением менее 5%. В зависимости от степени спекания глины делят на сильноспекающиеся , среднеспекающиеся и неспекающиеся. К силноспекающимся относят глины, способные при обжиге давать черепок без признаков пережога с водопоглащением не выше 2%, среднеспекающихся не выше 5%, а неспекающихся свыше 5%.

По температуре спекания различают глины низкотемпературного  спекания (до 1100°С), среднетемпературного (от 1100 до 1300°С) и высокотемпературного (свыше 1300°С).

Количественно степень спекаемости  глин характеризуется температурным  интервалом спекания и интервалом спекшегося состояния. Температурным интервалом спекания называется разность между  температурой, при которой отмечаются признаки пережога (оплавление или  вспучивание), и температурой началу спекания глины, при которой начинается интенсивное уплотнение обжигаемого  материала. Разность между температурой, при которой отмечаются признаки пережога, и температурой, при которой водопоглащение материала равно 5% (ниже этой величины лежит область спекшегося состояния), называется интервалом спекшегося состояния.

Интервал спекания – важнейший  технологический показатель, определяет режим конечной стадии обжига изделий, при котором они приобретают  кондиционные свойства. Наименьший интервал спекания у легкоплавких глин (50-100°С), а наибольший (до 400°С) у огнеупорных.

• Трепелы и диатомиты представляют собой рыхлые или землистые массы светлых тонов, богатые аморфным кремнеземом. Запасы этих пород в Российской Федерации многочисленны. Образовались они из панцирей диатомитовых водорослей, которые после отмирания растений скапливались на дне водоемов и уплотнялись с прослойками ила и глины. Трепел более раннего происхождения, в нем панцири превратились в микроскопические зерна опаловидного кремнезема. Химический состав трепелов и диатомитов, %: SiO₂ – 70-96; А1₂О₃ – 5-15; Fe₂O₃ – 2-5; СаО – 0,5-5; MgO – 0,5-3;         ППП⁸ – 4-8. Физические свойства их тоже близки: средняя плотность        350–1270 кг/м³, пористость 50–85%, твердость 1–3%, плотность 2—2,7 г/см³, теплопроводность 0,17—0,23 Вт (м·°С). По гранулометрическому составу они схожи с глинами, обладают высокой пластичностью.

Трепелы и диатомиты применяются  в производстве кирпича и пустотелых камней как основное сырье. Кирпич–сырец из этого сырья не трескается при  быстрой сушке и не деформируется, дает малую усадку при обжиге. Однако изделия из них недостаточно морозостойки, поэтому для увеличения морозостойкости в формуемую массу вводят уголь или опилки, повышают' температуру обжига, подвергают массу вакуумированию для удаления из нее воздуха.

• Добавки вводят в глину для получения керамических изделий с определенными свойствами:

 Отощающие добавки (кварцевый песок, дегидратированную глину⁹, шамот¹⁰, бой кирпича, измельченный шлак, золу и др.) вводят для уменьшения пластичности глин и, следовательно, линейной усадки при сушке и обжиге за счет меньшей водопотребности глиняного теста.

Выгорающие добавки (древесные опилки, угольный порошок, торфяную пыль, коксовую мелочь, золы ТЭС и др.) вводят для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью.                           Опилки улучшают формовочные свойства глиняной массы, но снижают прочность изделий и повышают водопоглощение. Однако благодаря длинным волокнам они армируют глиняную массу и повышают сопротивление разрыву и трещиностойкость в сушке.

Обогащающие и пластифицирующие добавки (высокопластичные глины, бентонитовые глины¹¹, отходы при добыче угля, ЛСТ и др.) вводят в глины для обогащения малоглиноземистого сырья, увеличения его пластичности, улучшения формовочных и сушильных свойств глин.

• Плавни вводят в сырьевую смесь для того, чтобы повысить плотность изделий, получить сплавленную массу. Они способны при обжиге образовать с SIO₂ и Al₂O₃ более легкоплавкие силикатные расплавы. Плавни Представляют собой горные породы и минералы магматического происхождения (пегматит, сиенит, полевые шпаты, порфиры, гранит) или осадочного происхождения (известняк, доломит, магнезит).

4. Какие Вы знаете материалы и изделия из стекла? Каковы его уникальные свойства?

Основными представителями  данной группы строительных материалов являются:

1. Материалы для остекления: листовое оконное стекло, специальные стекла (полированное, закаленное, трехслойное, армированное, узорчатое, пулестойкое, стеклопакеты, блоки стеклянные пустотелые, увиолевое стекло);  

Листовое оконное стекло выпускается в виде листов прямоугольной  или квадратной формы, размером от 250х250 мм до 3,200х1,620 мм, по толщине  2; 2,5; 3; 4; 5 и 6 мм. Светопропускание для 2 и 2,5 мм стекла должно быть не менее 87%. Для оконного стекла стандартом нормируется перепад  температур, который должно выдерживать  стекло (70°С). Допускаются слабые голубоватые и зеленоватые оттенки, если они не снижают светопропускания. Стекло должно быть равномерно отожженным – обламываться четко по надрезу. Нормируются также следующие показатели: листы должны соответствовать требуемым размерам, иметь ровные кромки, цельные углы, прямоугольную форму, равномерную толщину.

Полированное стекло получают путем шлифовки и полировки листового  стекла, в результате чего удаляются  все поверхностные дефекты. Применяют  в производстве мебели, зеркал, для  остекления витрин.

Закаленное стекло (сталинит) имеет повышенную механическую прочность и термическую стойкость. Получают его из заранее нарезанного обычного стекла путем закалки. Стекло нагревают до температуры размягчения (660-670°С) и быстро, но равномерно охлаждают воздухом или в растворах кремнийорганических жидкостей. При этом в стекле возникают большие, равномерно распределенные по толщине листа внутренние напряжения, которые и придают ему эти свойства. Это стекло выдерживает перепад температуры до 270°С. Закаленное стекло нельзя резать алмазом, так как при этом оно крошится и распадается на мелкие осколки. Причиной чего является нарушение равновесной системы внутренних напряжений. Применяют для остекления транспортных средств, дверей, витрин, для устройства перегородок.

Трехслойное стекло (триплекс) получают путем склеивания листов стекла с помощью целлулоида, ацетилцеллюлозы  и других веществ. При разрушении таких стекол их осколки удерживаются на склеивающей пленке. Используют эти стекла в основном в транспортных средствах. Основной недостаток — возможное  помутнение под действием света.

Армированное стекло имеет  в толще металлическую сетку, которая служит каркасом и повышает прочность стекла. Выпускают его  в виде плоских и волнистых  листов длиной от 500 до 3000 мм, шириной  от 300 до 1400 мм и толщиной от 5 до 6 мм. Поверхность может быть гладкой  и узорчатой. Применяется для  остекления лестничных клеток, веранд, чердачных помещений, устройства перегородок.

Узорчатое стекло имеет рельефный  узор на одной или обеих поверхностях, поэтому хорошо рассеивает свет. Получают его прокаткой между валками  с гравированной поверхностью. Выпускают  бесцветным или цветным. Применяют  для остекления перегородок в  тех случаях, когда требуется  равномерное рассеивание света. Для получения цветного узорчатого стекла его поверхность покрывают  тонкодисперсным раствором таких  пленкообразующих веществ, как хлорное  олово, ацетат кобальта и др. Кроме  окрашивания, при этом происходит упрочнение поверхности стекла.

Пулестойкое (пуленепробиваемое) стекло, является многослойной конструкцией, состоящей из нескольких стекол марки М1 и нескольких слоев полимерной фотоотверждаемой композиции. В зависимости от требуемого класса защиты конструкция может быть как с пленкой, так и без пленки. Такая структура конструкции обеспечивает защиту от пуль выпущенных из разного вида оружия, в зависимости от требуемого класса защиты. Конструкция является прозрачной и обеспечивает защиту по классам пулестойксти B1, B2, B3, B4, B5, В6 по ГОСТ Р 51136-98, одновременно пропускает свет. Стекло предназначено для использования на транспортных средствах, в общественных и жилых административных зданиях, где есть необходимость в защите жизни и здоровья человека и матреиальных ценностей.

Стеклопакеты представляют собой два (или более) плоских стекла (оконного, витринного, армированного, узорчатого), соединенных между собой по периметру так, что между ними образуется замкнутая прослойка, заполненная сухим воздухом. Расстояние между стеклами — от 9 до 20 мм. Стеклопакеты более прочны по сравнению с остеклением обычными двойными переплетами и предотвращают промерзание и запотевание окон. Они бывают клееными, паяными, сварными. При остеклении стеклопакетами упрощается конструкция оконных проемов, увеличивается световая площадь и снижаются теплопотери, они обладают достаточной звукоизолирующей способностью. Также к данной категории относятся стеклопакеты светорассеивающие и теплоизолирующие выпускаемые под маркой «Витрасил» во Франции, Германии, Чехии и США. В процессе склеивания стеклопакета пространство между стеклами заполняется тканью из стеклянного волокна или стеклохолста, что в значительной степени сокращает толщину от 0,5 до 3 мм. Готовое изделие получает более высокую безопасность в соотношении со стеклопакетами изготавливаемыми на территории стран СНГ.

Блоки стеклянные пустотелые представляют собой герметически закрытые полые стеклянные коробки с гладкими наружными и ребристыми внутренними поверхностями высотой до 2 мм, которые способствуют рассеиванию света. Светопропускание блоков не менее 55%. Ребра или призмы на внутренней поверхности препятствуют прямой видимости через блок, создают мягкое рассеянное освещение. Блоки по форме могут выпускаться квадратными, прямоугольными, угловыми, по характеру термической обработки – отожженными и закаленными, по цвету – бесцветными и цветными. Сварной шов блока — герметичный. Ограждения из стеклоблоков обладают высокой огнестойкостью и звукоизоляционной способностью, долговечны и гигиеничны. Их успешно применяют также в цехах с агрессивной средой.

Увиолевое стекло изготовляют из стекольной шихты с минимальным содержанием примесей оксидов железа, титана и хрома. Такое стекло пропускает не менее 25% ультрафиолетовых лучей и используется для остекления в лечебных, детских учреждениях, оранжереях.

2. Облицовочные материалы: плитки стеклянные облицовочные  (эмалированные (глазурованные), марблит, стемалит, смальты, коврово-мозаичные плитки);

Стеклянные эмалированные  (глазурованные) плитки изготовляют из бесцветного листового стекла, покрытого тонким слоем эмалевого шликера, после чего их обжигают до температуры оплавления эмали. По внешнему виду эмалированные стеклянные плитки почти не отличаются от керамических глазурованных плиток и заменяют их при внутренней облицовке кухонь, санитарных узлов, бань, стен больниц и других лечебных учреждений. Их преимущество по сравнению с керамическими плитками заключается в простоте производства и меньшей стоимости.