Свойства на материалите


Категория на документа: Химия


 Тема 1: Физични свойства. Под физични свойства се разбира съвкупността от величини, характеризиращи физични обекти или явления в материалния свят, общи за можество обекти или явления, но индивидуални в количествено отношение за всеки от тях: маса, обем, плътност, порьозност и др. Към физичните свойства се отнасят тези, изразяващи способността на материалите да реагират на въздействията на физични фактори: гравитационни, топлинни, акустични, електрически, излъчвания (рентгенови, ядрени и др.), водна среда и т.н.Обемна маса-физична величина, равна на масата m на веществото, която се съдържа в единица обем V от материала в естествено състояние, т. е. заедно с празнините, порите и др. Означава се с о и се определя по формулата: о=m/V , [kg/m3]. Обемната маса-се определя чрез измерване на обема и претегляне на образци от материала, имащи правилна или неправилна геометрична форма. Тя се колебае в широки граници и за различните материали има различни стойности. Голямо влияние върху значенията на обемната маса оказват температурата и влажността на околната среда. Поради това обемната маса се, определя след предварително подсушаване на материала до постоянна маса или се отбелязва влажността, при която е определена. Насипна обемна маса се нарича отношението на масата на материала в насипно състояние към неговия обем. Тя се определя за материали като пясък, чакъл, цимент, перлит, вермикулит и др., които са в насипно състояние. В насипната обемна маса. се отразява не толкова порьозността на самите материали (във всяко зърно), колкото обемът на междузърнестото пространство в насипно състояние.

По значенията на обемната маса се съди косвено за някои други свойства на материалите като топлопроводност, якост температуропровбдност и др.Специфична маса-(плътност) - масата на единица обем от материала в абсолютно плътно състояние без празнини и пори. За да бъде определена плътността р-->[g/sm3,kg/m3], е необходимо да се раздели масата на материала (образеца) m [g,kg] на обема му Vпл[сm3, m3] без празнините и порите. Определя се по формулата:  = m/Vпл В много случаи строителните материали имат пори, поради което плътността им винаги е по-голяма от обемната им маса. Само в някои случаи за материали като стомана, алуминий, стъкло, битум и др. плътността и обемната маса практически са еднакви, тъй като обемът на порите е практически нула. В някои случаи плътността на материалите се сравнява с плътността на водата при 4°С, при което получената плътност е безразмерна величина и се нарича относителна плътност. Порьозност - това е относителна величина, показваща каква част от обема на материала е заета от празнини и пори. Означава се с h и допълва относителната плътност до единица или в проценти до 100. Изчислява се по формулата: h = 1 - o/ или h=(1-o/)100 [%] "Празното пространство" за различните строителни материали има различно естество. Това пространство не е в абсолютен смисъл "празно", а е изпълнено с вода, въздух и др. Порьозността на материалите се колебае в широки граници от 0,2 - 0,8 % за гранита и мрамора, до 70-75% за клетъчния пенобетон и повече от 90% за пенопластите и минералната вата.Такива важни свойства на строителните материали като якост, топлопроводност, водонепроницаемост и др. зависят от тяхната порьозност, вида и характера на порите, техните размери и разположение в материала.Порите в зависимост от размера им се подразделят на капилярни и некапилярни. В зависимост от големината на радиуса капилярните пори се разделят на: - микрокапиляри - с условен радиус по-малък от 5. 5.10-7 см; - преходни капиляри - с радиус от 5.10-7 до 10-5 см - макрокапиляри - с радиус по-голям от 10-5 и стигащи до 10-4см.

Некапилярните пори имат условни радиуси по-големи от 10-4 см и се запълват с вода само при потапяне на материала в течност. Порьозните материали съдържат както открити, т. е. Свързани помежду си пори така и закрити -(несвързани) пори. Използването на строителни материали с несвързани пори за сметка на свързаните пори повишава тяхната дълготрайност (дълговечност).

Тема 2: Топлопроводност се нарича процесът на предаване на топлинна енергия при непосредствен допир на елементарните частици на едно или няколко тела, имащи различни температури. Пренасянето на енергия чрез топлопроводност е разновидност на пренасянето на топлина изобщо. Топлината се пренася по три начина - чрез топлопроводност, конвекция и излъчване. При твърдите тела преобладава предаването на топлина чрез топлопроводност и е най-важната характеристика на топлоизолационните материали. Топлопроводността се характеризира с коефициент на пропорционалност,  т. нар. "коефициент на топлопроводност", а размерността му в "SI" е ват на метър келвин [W/(m.K)]. Определя-се по няколко начина - чрез инерционен топломер, по мeтода на топлия цилиндричен чадър, по метода на д-р Блок и др. За различните материали коефициентът на топлопроводност има различни стойности, а за един и същ материал зависи от много фактори - структура, обемна маса, плътност, порьозност, влажност и др. Влажността на материалите оказва голямо влияние особено върху материали с порьозна структура и отворени пори. Това се дължи на факта, че водата има топлопроводност около 25 пъти по-голяма от тази на въздуха. С увеличаване на влажността расте и топлопроводността, което увеличение до определени граници е правопропорционално на обемната влажност. Изчисляването може да се определи по формулата: W = K+WO. където W - топлопроводност на влажния материал; K - топлопроводност на сухия материал;  - нарастване на топлопроводността за 1% обемна влажност, която за неорганичните материали при положителни температури е 0,002 W/(m.К), а при отрицателни температури - 0,004 W/(m.К). За неорганичните материали стойностите са съответно 0,003 и 0,004 W/(m.K)- обемна влажност, [%]. Повишаването на температурата също води до промени в коефициента на топлопроводност на материалите, като увеличението за различните материали е различно, а формулата за определяне има вида: t=o(1-.t) където t - коефициент на топлопроводност при температура t [oC] o - коефициент на топлопроводност при 0[°С];  - поправъчен коефициент, който за различните материали има различни стойности и се приемат таблично. Нарастването на темпратурата води до нарастване на топлопроводността на въздуха в порите на материалите, както и до увеличаване на кинетичната енергия на молекулите на материалите. При металите и някои други материали се наблюдава точно обратното - при повишаване на температурите топлопроводността намалява.Tоплоемкост-така се нарича свойството на материалите да поглъщат топлина при повишаване на темпратурата, т. е. да акумулират топлина при нагряване. Показател за топлоемкостта е специфичният топлинен капацитет "С". Той изразява количеството топлина, необходимо за повишаване температурата на 1kg маса от дадено вещество с 1К и се определя по формулата C = Q/mT където Q - количеството топлина, изразходвано за нагряването на материала [J]; m - маса на материала, [kg], Т -температурна разлика на материала преди и след нагряването, [°С]. Размерността на "С" е [J/(kg.К)]. За водата той е 4,2.103J/(kg.К)], а строителните материали в сухо състояние имат по-ниски значения, например изкуствените и естествените каменни материали - от 0.75. 103 до 0,94. 103; дървените строителни материали от 0,42. 103 до 2,75.103; стоманата 0,5.103 и др. Използването на материали с висока топлоемкост в строителството (подове, стени, прегради и др.) може да доведе до икономии на топлина и запазване за по-продължителен период на сравнително постоянна температура в помещенията.Температуропроводност-тази величина характеризира веществата по отношение на скоростта на изравняване на температурата при топлопроводност и се означава с "". Определя се по формулата:  = /Ср, където  - коефициент на темпратуропроводност, [m2/s];С - специфичен топлинен капацитет на материала при постоянно налягане, [J/(kg.К)];  - плътност на материала, [kg/m3]. Физическият смисъл на температуропроводността е следният: тя характеризира скоростта на разпространяване (изравняване) на температурата в различни точки на средата (материала). Колкото по-големи стойности има "", толкова по-бързо всички части от материала ще достигнат еднаква температура при нагряване и охлаждане. За различните материали "" има различни стойности и се изменя в широки граници. Горимост- Горимост се нарича свойството на веществата (материалите) да горят във въздушна среда с нормален атмосферен състав. От своя страна процесът на горене представлява химична реакция, съпровождана от отделянето на топлина, светлина и/или дим. Горимостта е класификационна характеристика на материалите, които се класифицират на: Горим материал - материал, който под въздействието на огън или висока температура във въздушна среда се запалва, гори или тлее, или се овъглява, като горенето, тлеенето или овъгляването Продължава и след отстраняване на източника на запалване. Трудногорим материал - материал, който под въздействието на огън или висока температура във въздушна среда се запалва, гори или тлее или овъглява, докато се отстрани източникът на запалване. Такива са асфалтобетонът, фибролитът, хидрозолът, дървесината, защитена с антипирени и др.Негорим материал - материал, който под въздействието на огън или висока температура във въздушна среда не се запалва, не гори или тлее или овъглява. Към негоримите материали спадат стоманата, гранитът, базалтът, керамичните материали, стъклото и др. При това обаче някои от тях почти не се деформират (керамичните), други силно се деформират (стомана), а някои се разрушават (гранит, гипс, варовик, стъкло и др.) особено при едновременно или последващо охлаждане с вода, която се използва при пожарогасене. Огнеупорност-под това свойство се разбира способността на строителните материали, изделия и конструкции да запазват своите експлоатационни качества за нормирано продължително топлинно въздействие при температура над 158°С . Към огнеупорните материали се отнася шамот, динас, магнезиеви огнеупори и др., повечето от които се използват за вътрешна футеровка (облицовка) на пещи, комини и др. Топлинна деформация - нарича свойството на материалите да се деформират при промяна на температурата. Това свойство за различните материали има различни стойности. Различават се два вида материали в зависимост от деформацията: изотропни, които се деформират еднакво в трите посоки, и анизотропни които променят размерите си нееднакво в различни посоки.Освен това се различават обемна и линейна деформация. Коефициентът на линейна температурна деформация t е равен на нарастването или намаляването на единица дължина от материала при температурна промяна 1°С. Определя се по следната формула: t = l / l0t където t - коефициент на линейна температурна деформация,[oC], l - изменение на дължината на тялото, [m]; lo - първоначална дължина на тялото, [m]; t - температурна разлика, [°С] Коефициентът на обемна температурна деформация  е равен на нарастването или намаляването на единица обем от материала при промяна на температурата с 1°С и се определя по формулата:t = V / Vo.t , където  - коефициент на обемна температурна деформация,[°С]; V - промяна на обема, [m3]; V - първоначален обем, [m3]; t - температурна разлика, [°С]. Деформациите могат да бъдат обратими, необратими и остатъчни. Това също трябва да се има предвид при проектирането на сгради, съоръжения и др., особено на тези техни елементи, които са подложени на температурни въздействия.

Тема 3: Хидрофизичните свойства се отнасят свойствата, характеризиращи статичното или циклично въздействие на водата или водната пара върху строителните материали. Водопопиваемост(водопоглъщаемост)- свойството на материалите да поглъщат и задържат вода, когато са в допир с нея. Тя се определя чрез пълното насищане с вода на предварително изсушен материал. В зависимост от условията на отлежаване на пробния образец тя бива; - при пълно потапяне и обикновено налягане (760 mmHg стълб); - при пълно потапяне и повишено налягане (водонасищане); - при часично потапяне (капилярна водопопиваемост). Водопопиваемостта при пълно потапяне и обикновено налягане може да се изчисли по формулите: Впм=[(mвп - mс)/mc] .100 [%], Впo=[(mвп - mс)/Vo] .100 [%], където Впм - водопопиваемост по маса, [%]; Впо - водопопиваемост по обем, [%]; mвп - масата на пробния образец след престой във вода до получаване на постоянна маса, [кг] или [m3]; mc - маса на изсушения пробен образец при 105°С, [kg] или [dm3]; Vo - обем на пробния образец, [dm3]. Отношението на водопопиваемостта по обем към водопопиваемостта по маса ни дава обемната маса на материала: Впо/Впм = о Тъй като при потапяне и обикновено налягане празнините и порите на материала не се запълват изцяло с вода, пробните тела се обработват под вакуум, изваряват се или се изследват под налягане. Това се прави, за да може да се получи пълно водонасищане на празнините и порите на материала. Водопопиваемостта на материалите е различна и се колебае в широки граници: за порьозните топлоизолационни материали с отворени пори 100%, за гранита - 0,02 - 0,07%, кирпич 8 - 15% и др. Като допълнителна характеристика за материалите се използва т. нар. пълна водопопиваемост, която се използва за оценка на структурата на материалите и се характеризира с коефициента на насищане на порите с вода - КН: КН = Впм/Внм където: Внм - абсолютно водонасищане, [%]. Този коефициент се изменя от 0, когато всички пори в материала са закрити, до 1, когато всички пори са открити. Намаляването на К при една и съща порьозност показва, че намалява откритата порьозност, а това води до повишаване на мразоустойчивостта на материалите. Водопопиваемостта оказва отрицателно влияние върху някои от свойствата на материалите: нараства топлопроводността и обемната маса, намаляват якостта и мразоустойчивостта, някои материали набъбват. Водоустойчивост-тази характеристика ни дава степента на понижение на якостта на материала при водонасищането му. Представлява отношението на якостта на материала, наситен с вода RB , към якостта на сухия материал RC , обозначава се с Кp и се определя по формулата: Kp = RB/RC За различните материали той се изменя от 0 при глината, каолина и др. до 1 за металите, стъклото и др. Смята се, че естествените и изкуствените материали, за които К < 0,8, не могат да се използват за строителни конструкции, контактуващи с вода. За много строителни материали този коефициент е неприложим, тъй като насищането с вода води до необратими изменения в структурата им, до увеличаване на обема, съпроводено с големи деформации, до изменение на формата и др; Поради тези причини при определяне областта на приложение на материалите трябва да се отчитат измененията, предизвикани от овлажняването.Хигроскопичност -- свойството на капилярно-порьозните материали да поглъщат вода (водни пари) от околната въздушна среда. Поглъщането на водни пари от въздуха се обуславя както от полимолекулната адсорбция на водните пари по вътрешната повърхност на порьозните материали, така и от капилярната кондензация на парите. Този физико-химичен процес на поглъщане на водни пари от въздуха се нарича сорбция2 и има обратим характер. В голяма степен хигроскопичността зависи от структурата на материалите, от вида и размерите на порите, от големината на вътрешната им повърхност и др. Така например топлоизолационните материали с порьозна структура и голяма порьозност, а следователно и с голяма вътрешна повърхност, имат висока сорбционна способност. С повишаване на налягането на водната пара, т. е. с увеличаване на относителната влажност на въздуха при постоянна температура, нараства сорбционната влажност на материалите. Количеството на абсорбирания газ (пара) се определя по уравнението на Фрейнд-лих : А = R.p1/n където р - налягането на газа при достигане на равновесно състояние; R и n - емпирични коефициенти, постоянни за дадените адсорбенти и газове при определена температура По-нататъшното увеличаване на хигроскопичната влажност на материала става за сметка на капилярната кондензация, която е възможна само в капиляри с радиуси, по-малки от 1000А. В резултат на процесите на абсорбция и капилярна кондензация на водни пари от въздуха влажността на порьозните строителни материали е висока. Повишената хигроскопичност на някои топлоизолационни материали е съществен недостатък, тъй като се влошават топлоизолационните им свойства. Сорбционното овлажняване на материалите може да се намали по няколко начина -чрез покриване с хидрофобни обвивки; чрез използване на материали със затворени пори; чрез намаляване броя на микропорите и др. Водопропускливост така се нарича свойството на материалите да пропускат вода, която е под налягане. В зависимост от вида на материалите тя се определя при постоянно или променливо налягане. Водопропускливостта се характеризира с коефициента на филтрация К , който се определя по формулата: Кф = VB.a/S(P1-P2)t където Кф=VB количеството вода m3, което преминава през сечение с площ S=1 см2 от пробното тяло, с дебелина "а"==1m, за време t=1h, при разлика в хидростатичното налягане на границата на двете повърхности Р1 - Р2=1mH2О стълб. Размерността нa ефициента е [скорост]. Мразоустойчивост-така се нарича свойството на водонапити до постоянна маса материали да издържат определен брой цикли на замразяване и размразяване, без това да доведе до значителна загуба на маса и якост. Едно замразяване и размразяване се нарича цикъл, а броят на циклите, които трябва да издържат изпитваните материали, се движи от 10 до 200 в зависимост от условията на експлоатация, при които ще се намира материалът и най-ниската средноденонощна температура на климатичния район. Основната причина за разрушаване на материала при замразяване е увеличаването с около 9 - 10% обема на водата при превръщането й в лед. При това хидростатичното налягане при замразяване (може да достигне до 200 МРа) предизвиква възникването на вътрешни напрежения, които материалът не може да понесе и се руши. Докато съществува равновесие между породилите се сили от изкристализирането на водата и предизвиканите напрежения в материала разрушаване не се проявява.Мярка за мразоустойчивостта е т. нар. коефициент на насищане Кн, който се определя по формулата Кн = Впм/Внм Прието е, че при К < 0,8 материалите са мразоустойчиви, т. е. порите са запълнени до 80% с вода. Изпитването на мразоустойчивост става, като за целта се замразяват водонапити до постоянна маса пробни тела в специални хладилни шкафове (камери). Времетраенето е различно 2-4 часа, а температурата не по-малко от -17°С. За мразоустойчиви се смятат материалите, които след изпитването за мразоустойчивост имат загуба на маса не повече от 5%, а загуба на якост не повече от 20-25% от първоначалната. Мразоустойчивостта има важно практическо значение за строителните материали, подложени на циклично замразяване и размразяване.

Tema 4: Механични свойства Механични свойства характеризират способността на материалите да се съпротивляват на действието на външни сили, без да се разрушават и деформират. При всички материали съществува едно максимално съпротивление на вътрешните сили, които те могат да противопоставят на външните сили. При най-малкото увеличаване на външните сили над максималното съпротивление на вътрешните сили материалът се разрушава.Механичните свойства на материалите се определят при механични изпитвания с помощта на специални машини и апарати. Натоварванията при тези изпитвания се делят на статични и динамични в зависимост от скоростта на прилагане на товарите. При статичните натоварвания товарът нараства равномерно от нула, до крайната си големина, а при динамичните - мигновено (ударно) от нула до крайната си стойност. Според продължителността на действие товарите се делят на кратковременни (краткотрайни) и дълговременни (дълготрайни). Деформация се нарича изменението на обема или формата на твърдото или пластичното тяло, без да се изменя масата. Главните видове деформации са при опън, натиск, огъване и усукване. -Деформациите могат да бъдат обратими, необратими или остатъчни. Мярка за деформация е относителната деформация Е, равна на отношението на абсолютната деформация l към първоначалното значение на линейния размер на образеца lo и се определя по формулата: E = {l / lo}.100 [%] Обратимите деформации, наричани още еластични, изчезват след прекратяване на факторите, които ги предизвикват, Необратимите деформации, наричани пластични или остатъчни, се запазват и след отстраняване на факторите, които ги предизвикват. Идеално еластични и идеално пластични материали не съществуват. При един и същ материал в зависимост от натоварването могат да съществуват и двата вида деформации. На характера и големината на деформациите влияе не само големината на натоварването, но и скоростта на прилагане на натоварването, формата и размерите на материала, температурата и др. Като правило с увеличаване на скоростта на натоварване и понижаване на температурата на материала деформациите намаляват по големина. Пластичната деформация, която нараства постепенно, без увеличаване на напреженията в материала, характеризира провлачването на пластичните материали. Пластичната деформация, която нараства постепенно продължително време (месеци и години), при натоварвания по-малки от тези, които са способни да предизвикат остатъчни деформации за обикновен период от време, се нарича деформация при пълзене, а самият процес на такова деформиране се нарича "пълзене". Якост на опън - Определянето на якостта на опън при статично (кратковременно) натоварване е основно за металите, дървесината, някои видове пластмаси и др. и включва определянето както на механичните характеристики - якост на опън, якост на скъсване и граница на провлачване, така и на деформационните характеристики -относително остатъчно удължаване и относително остатъчно свиване (изтъняване) на напречното сечение. Изпитването се провежда както при нормални (20±5°С), така и при високи (100 - 600±10°С) температури. За определяне якостта на опън се използват стандартни пробни тела, които имат определена форма и размери. Якостта на опън се пределя, като се раздели максималната опънна сила която може да издържи пробното тяло, на първоначалната преди изпитването площ на сечението: Ro = Fmax/Ao където:

Ro - якост на опън, [МРа]; Fmax - максималната опънна сила, която може да понесе пробното тяло при стандартното изпитване на опън,[N]; Аo - първоначалната площ на сечението на пробния образец, [m2]. Следователно якостта на опън е максималното напрежение, което може да понесе материала на пробното тяло при изпитване на опън. Не винаги обаче якостта на опън съвпада с якостта на скъсване, т. е. с напреженията на разрушаване. Понякога те погрешно се смесват. Якост на скъсване - служи като характеристика на съпротивлението срещу разрушаване, но само за пластичните материали, образуващи шийка при опън (например нисковъглеродните, нисколегирани стомани). Определя се по формулата: Ssk = Fsk/Ask където Ssk - якост на скъсване (действително опънно съпротивление), [МРа]; Fsk - опънна сила в момента на скъсване на пробното тяло,[N]; Ask - действителна площ на сечението в мястото на скъсване, [m2].Якост на натиск Определянето якостта на натиск също е основно (за бетона, гранита, варовика и др. естествени каменни материали) изпитване и се извършва с пробни тела, които имат кубична, призматична или цилиндрична форма. За всеки материал размерите и начинът на изработване на пробните тела са стандартно определени. Изпитвателните машини са устроени така, че поне една от натисковите плочи да има полусферична става, за да може натисковата сила да действа по оста на симетрия на материала. Поради триенето между повърхността на пробните тела и натисковите плочи се получава така, че един и същ материал, изпитан с кубчета с различни размери, има различни якости. При по-малките пробни образци се получават по-големи якости, което се дължи на триенето, оказващо заздравителен ефект. Ако се приеме кубовата якост на натиск, например на бетонни пробни тела с размери 150х150х150 за основна, за редуциране на кубовите якости на пробни бетонни образци с различни размери се използва корекционен коефициент К. Той има следните значения: за куб с размери 100х100х100 - К=1,10 за куб с размери 150х150х150 - К=1,00 за куб с размери 200х200х200 - К==1,0 - 0,95 за куб с размери 300х300х300 - К-0,85 - 0,90 Подобни коефициенти могат да се използват и при превръщането на призмената или цилиндричната якост в кубова и обратно. Ако по някакъв начин отстраним триенето между натисковите плочи и повърхността на образеца (чрез намазване с графит, парафин и др.), посочените коефициенти стават равни на единица. Якостта на натиск се определя, като се раздели максималната натискова сила, която може да издържи пробното тяло, на първоначалната преди изпитването площ на сечението: Rн = Fmax/Ao Където: R - якост на натиск, [МРа]; Fmax максималната натискова сила, която може да, понесе пробното тяло при стандартно изпитване на натиск,[N]; А - площта на напречното сечение, подложено на натиск, [m2]. Дефинирана, якостта на натиск е маскималното напрежение, което материалът на пробното тяло може да понесе при стандартно изпитване на якост. Тя е условна характеристика, защото зависи от структурата на материала, от формата, от големината и от начина на изпитване на пробното тяло. Така например деформирането и разрушаването на пробните тела, изпитвани стандартно, са различни в зависимост от материала. При натоварване на крехки материали става странично отделяне на материала, като се образуват две челно допрени пресечени пирамиди, докато при пластичните материали се получава издуване на пробните тела.Якост на огъване. При определяне якостта на огъване се използват греди с квадратно, правоъгълно или кръгло сечение. Закрепването на гредите е на две опори, а натоварването е с една или с две еднакви сили. При проста греда с една съсредоточена сила в средата и правоъгълно напречно сечение якостта се определя по формулата: Rog= Mmax/W = 6Fmax. l /4bh2 където Rog - якост на огъване, [МРа]; Mmax- максимален огъващ момент, [N/m]; W - съпротивителен момент на правоъгълно сечение,[m3]; Fmax - максимален товар, който може да понесе матсриалa на пробното тяло, [N], 1 - подпорно разстояние, [m]; b - широчина на сечението, [m];h - височина на сечението,[m].

Тема 5: Еластичност - свойството на материалите да се деформират под действието на приложени върху тях външни сили и след прекратяването им да възвръщат първоначалната си форма. Идеално еластични строителни материали няма, но до известна граница на натоварване, до известни напрежения, някои материали може да се приемат за еластични - стомана, дърво, бетон, някои видове пластмаси и др. Пластичност Пластичност се нарича свойството на материалите да се деформират под действието на приложени върху тях външни сили и след прекратяване на действието им да запазват получената нова форма. Идеално пластични материали няма, но над известна граница някои могат да се приемат за пластични - олово, мед, каолин, глина и др. Това свойство е много важно при избора на технология за производство на някои изделия (керамични, фаянсови и др.). Желателно е при избора на материали за строителни конструкции да се избират такива, които едновременно с голямата еластичност преди разрушаване притежават висока пластичност. Разрушаването на такива материали няма да става внезапно (например стоманата).Крехкост - свойството на материалите да се разрушават при механични въздействия без забележими остатъчни деформации. Тъй като за развитието на пластичните деформации е необходимо известно време, крехкостта особено ясно се проявява при ударно въздействие. За крехките материали (чугун, стъкло, базалт и др.) е характерна голямата разлика (10 - 15 пъти и повече) между якостта на натиск и якостта на опън. Температурата оказва голямо влияние върху разрушаването на строителните материали. Така например битумите и катраните при отрицателни, а стоманата при много ниски температури се разрушават като крехки материали. Поради това по-правилно е заповечето строителни материали да се говори за пластично и крехко състояние. Твърдост - свойството на материалите да се съпротивлява срещу проникване на друг, по-твьрд материал в тях. Тя не винаги съответства на якостта на материала и е условна величина. За определянето й се използват различни методи - на Бринел, Викерс Полди, Роквел идр. Проникващите материали, наричани индентори представляват твърди, труднодсформирусми материали (диамат закалена стомана и др.) с определена геометрична форма (пирамида сачма, конус, игла и.др.). За степента на твърдост се съди п големината на получената деформация. Твърдостта на естествените каменни материали се определя п предложената от Моос 10-степенна скала, която е съставена от 1 минерала с условен показател на твърдостта от 1 до 10. Показателя за твърдостта на даден материал обикновено се намира межд показателите на два съседни материала. 1. Талк - лесно се драска с нокът. 2. Гипс - драска се с нокът. 3. Калцит - лесно се драска с кухненски нож. 4. Флуорит - драска се с нож, но след леко натискане. 5. Апатит - драска се с нож, но след силно натискане. 6. Фелдшпат (ортоклаз) - драска стъкло. 7. Кварц 8. Топаз - лесно драскат върху стъкло, 9. Корунд - 10 диаманд Показателите на твърдостта, получени по различните способи, не трявба да се сравняват помежду си. За някои материали (например металите) съществува определена връзка между твърдостта и якостта, а за други (някои естествени каменни материали) между •твърдостта и изтривасмостта.

Тема 6: Естествени скални (каменни) материали. Общи сведения Като суровини за получаването на естествените каменни материали се използват скалите. Те представляват природни образувания, получени в земната кора под въздействието на различни сили и условия. След първоначалното образуване те са претърпели редица изменения, като заедно с това са изменили своя първоначален състав и свойства. Скалите представляват минерална маса със сравнително постоянен състав, състояща се от един или няколко минерала. Минералите от своя страна представляват вещества, еднородни по вътрешен строеж, химичен състав и физични свойства, образувани в природата в резултат на различни физико-химични процеси, които протичат в кората на земята или на нейната повърхност. Известни са повече от 3500 минерала. В образуването на скалите участват само около 50 минерала, които се наричат скалообразуващи.При по-голямата част от минералите частиците, които ги изграждат, са подредени в кристална решетка. Само малка част от минералите имат аморфна структура. Класификация на скалите. В зависимост от произхода се разделят на три групи: магмени, седиментни и метаморфни. Магмени скали (или първични) - скалите, които се получават при застиване на магмата в кората на земните недра или по повърхността на земята. Те са около 94% от скалите. Имат плътна структура с порьозност ~ 0%. В зависимост от дълбочината и условията на застиване се образуват магмени скали с различен строеж: Интрузивни - образувани са в условия, при които магмата бавно е застивала на значителна дълбочина в земните недра;Ефузивни - образувани в условия, при които магмата е достигнала повърхността на земята, разливала се е и бързо е застивала. В зависимост от минералния състав и съдържанието на SiO2 тези групи скали се делят на подгрупи: кисели , средни , основни , ултраосновни. Важна особеност е, че в скалите, които се образуват на значителна дълбочина, минералите получават кристален строеж. Седиментни скали се наричат скалите, които са се образували в природата в резултат на естествения процес на разрушаване на първични (магмени) или други скали под дейстиието на различни и: многообразни причини, действащи в природата (мсханични въздействия, физическо и химическо влияние, температурни промени 1 и др.) В зависимост от начина на получаване те се класифицират на, три подгрупи: механични, химически и органогенни (биохимични). Механично утаени скали - получени са на повърхността на сушата и на дъното на морета, реки и езера чрез натрупване на. продуктите на разрушение на по-рано съществуващи скали вследствие на механични въздействия. В зависимост от наличието или отсъствието на спойващи (свързващи) вещества се делят на: несвързани - валуни, чакъл и пясък; свързани - глинест пясък, песъчлива глина, глина; споени - брекча, конгломерат, пясъчник и др. Химично утаени скали - получени са при утаяване па карбонатни и сулфатни вещества от пренаситени водни разтвори. Към първите спадат варовика, доломит и др., към вторите - гипс, амхидрит и др. Органогенни скали - образуват се при утаяване на черупки и скелети на организми, корали, панцерни водорасли и др. Такива са черупчестият варовик, флинтът, кизелгурът, диатомитът и др. Седиментните скали се различават от другите две групи главно по своята структура. За тях е характерна слоестата структура, която рязко ги ограничава от останалите. Понякога в състава на седиментните скали влизат и късове от първични скали, от първични и вторични минерали, образувани по време на формирането и диагенезата - кварц, халцсдон, глинести минерали, силикати на желязото, алуминия и мангана, окиси и др. Мстаморфни скали те са се орбазували в резултат на дълбоките промени, станали с първичните и други видове скали в земната кора под влиянието на различни причини - високо налягане и температура, водни пари, химически активни газове и др. Процесът на метаморфоза се извършва, когато възникнат подходящи условия за това, главно при планинообразуването, когато изходните,т- е. първичните скали, могат да се преместят от повърхността към дълбочините на земните недра. В новите условия може да стане прекристализация на минералите, дълбоко изменение на структурата, вследствие на което се образуват съвършено нови скали и минерали, по-плътни от първоначалните и в повечето случаи с ясно изразена кристална структура. Тези скали могат изцяло да бъдат видоизменени (например мрамора) или с голямо съдържание на изходните скали. Минералният състав на метаморфните скали често е идентичен с този на изходните магмени или утаечни скали. Към основните представители на метаморфните скали се отнасят: гнайсите, амфиболитите, различните видове шисти, мраморите, кварцитите, серпентинитите, мелонитите. Изходните скали, от които те са се получили, са главно пясъчници, глини и глинести шисти, варовици, слюди, фелдшпати и др. Крсмъчни (силикатни минерали) Това са минерали, изградени на основата на силициевия двуокис - SiO2 . Той влиза в състава и на много скали във вид на силикати (около 12%) в земната кора. Kварц - кристална форма на силициевия двуокис. Кварцът има стъклен блясък и е прозрачен, когато няма примеси, но при наличие на примеси получава слабо оцветяване в бяло, сиво, черно, виолетово, бежаво и др. Има висока обемна маса - около 2650 kg/m3, твърдост по Моос - 7, якост на натиск - около 200-300 МРа (в някои случаи до 2000 МРа). Благодарение на химическата си инертност той е много устойчив против изветряване, поради което при изветряване на магмените скали устойчивите кварцови зърна не се рзрушават и образуват кварцов пясък. При нормална температура кварцът не влиза, т. е. не взаимодейства с киселини (с изключение на флуороводородната и загрятата фосфорна киселина) и основи. При повишаване на температурата до 175-200 С и налягане от 0,8 Ра, в среда наситена с водна пара, кварцът взаимодейства с някои основи и образува хидросиликати, които са основата на силикатните строителни материали. За оценка състоянието на кварца и останалите минерали, влизащи в състава на скалите, при високи температури важен показател е т. нар. "критична температура" и коефициентът на топлинно разширение. Под критична температура за даден строителен материал се разбира тази, при която с материала стават промени, свързани с нарушаване на неговата цялост и деформационни свойства (разширяване и свиване). При нагряване до температура 575С кварцът претърпява преход от р в а модификация, което е съпроводено със скокообразно увеличаване на обема и разрушаване. Състоянието на кварца, кварцита, гранита, пясъчника и други скални минерали, в състава на които влиза кварцът, се определят от неговите модификационни превръщания и всички свързани с това промени. Алуминиеви минерали. След кварца най-разпространен в природата е глиноземът. В чист вид в природата свободният глинозем се среща във вид на минерала корунд. Корундът е безцветен, има твърдост 9 по десетстепенната скала на Моос. Използва се за направа на огнеупорни материали (има температура на топене - 2050°С) и за получаването на алуминий. Разновидност на корунда са рубинът, оцветен в червено, и сапфирът - в синьо. Те са скъпоценни минерали и се срещат в природата много рядко.Алуминисво-силикатни минерали Алумосиликатите са сложни минерали, образувани в резултат на взаимодействието на окисите на алуминия и силиция с окиси на калия,антрия, калция и др. ФЕЛДШПАТ1 - това е групата на най-разпространените повърхностни магмени скалообразуващи минерали (около 2/3 от общата им маса), т. е. около 50% -от масата на земната кора. Има Твърдост 6-6,5 по скалата на Моос. Има два вида фелдшпат - ортоклаз и плагиоклаз2. Ортоклазът има няколkо разновидности: албит - анорит - и др. Освен по химичен състав ортоклазът и плагиоклазът се различават по цепителност, която за ортоклаза, Фелдшпатът влиза в състава на много магмени, мстаморфни и някои утаечни скали. Различните видове фелдшнати имит и различно оцветяване - от бяло и сиво до розово и тъмночервено. Обемната маса е 2500 - 2800 kg/m3, а якостта на натиск достига до 170 МРа. Имат широк температурен диапазон на топене - 1170 -1550°С. В нормални условия сравнително лесно изветряват (под влиянието на многократните резки смени на температурата, въздействия на вода и въглероден двуокис). Продукти на извстряването им са каолинитът, калцитът и др. При въздействието на високи температури фелдшпатите проявяват достатъчна издръжливост до температура около 600°С, когато влизащият в състава им кварц увеличава обема си, което води до разпукване и разрушаване на фелдшпатите. СЛЮДИ - представляват сложни минерали - хидроглиноземни силикати. Характерна особеност за тях е способността им леко да се разцепват на много тънки пластини но плоскостта на свързване. Известни са няколко вида слюда: биотит - желязомагнезиева слюда с тъмно оцветяване; мусковит3 - алумокалиева слюда със светло оцветяване; флогопит4 - магнезиева слюда с червено оцветяване идр. Обемната маса на слюдите е 2750 - 3200 твърдост по Моос 2-3. Биотитът по-лесно изветрява от мусковита, при което преминава в хидратирана разновидност на слюдата - минерала вермикулит5, имащ бронзовожълт до кафяв цвят. В състава на вермикулита влиза около 20% кристализационна (химически свързана) вода, обуславяща неговото специфично състояние при загряване. При бързо нагряване до температура 750-900°С става отделянето на водата (химически свързаната) и прекристализацията на вермикулита, което се съпровожда с многократно увеличаване на обема му (10-40 пъти). Този процес се нарича експандиране, т. е. набъбване на вермикулита. Така полученият вермикулит се нарича експандирал вермикулит, който има отлични топлоизолационни свойства (коефициент на топлопроводност =0,056 - 0,07W/(m.К), ниска обемна маса 80-200 kg./m3, висока звукопоглъщаемост и добри абсорбционни свойства.Експандиралият вермикулит намира самостоятелно приложение за топлоизолации в насипно (несвързано) състояние до температура 1200°С, в смеси с различни свързващи вещества (битум, цимент, глина, водно стъкло и др.), за изготвяне на различни топлоизолационни материали и изделия, като лек добавъчен материал за бетон (вермикулитобетон) и др. Използва се и като лек, топлоизолационен компонент за изготвяне на противопожарни замазки (вермикулитови). Различните полезни свойства и качества на вемикулита позволяват той да се използва не само в строителството, но и в други отрасли на промишлеността. Желязо-магнезиево-силикатни минерали Това са минерали с тъмен цвят, голяма ударна жилавост, голяма обемна маса и добра издръжливост на атмосферни влияния. Най-разпространени са амфиболът, авгитът и оливинът. Разновидност на тези минерали е азбестът (амфиболовият и хризотиловият азбест), който се среща и у нас. Карбонати минерали Тези минерали се срещат най-често в три разновидности: калцит (СаСО,), доломит и магнезит. За тях е характерно това, че имат светъл цвят, не са устойчиви на киселини, но при обикновени условия са устойчиви. Сулфатни минерали Представител на тази група минерали е гипсът. Той се среща в две разновидности: двуводен гипс и анхндрит . В суров вид гипсът се използва за добавка към цимента, а след изпичане - за получаването на строителен гипс, формовъчен гипс и др. Които се използват като свързващи вещества в строителството.

Tema 7: По-важни скали и тяхното състояние при пожар . Магмени скали. Магмените скали се делят на интрузивни и ефузивни. Дълбочинните се образуват при застиване на магмата на голяма дълбочина в земните недра при високо налягане и повишени температури. При изстиване на магмата, което става постепенно, се образуват зърна, които са здраво свързани помежду си без свързващо вещество. Зърнестата структура на тези скали се вижда с невъоръжено око. Повърхностните скали се образуват при застиване на лава на повърхността или близо до повърхността при ниско налягане и бързо охлаждане. При бързото охлаждане не се образуват зърна, а скалите получават скрита кристална или аморфна или стъкловидна структура. На всеки вид повърхностна скала съответства дълбочинна скала, която има еднакъв химичен и минерален състав. Към по-важните дълбочинни скали, които най-често се използват в строителството, спадат: гранитът, сиенитът, диоритът и габрото. Грнит - това е най-разпространената дълбочинна магмена скала. Минералният му състав е: кварц (20-40%), фелдшпат (40-70%) и слюда (5-25%). Гранитът има висока якост на натиск 200 - 300 МРа и обемна маса 2600 - 2800 kg/m кубичен но е крехък, тъй като якостта му на опън е около 40 - 60 пъти по-малка от якостта на натиск. Има зърнеста структура и висока плътност, което обуславя малката му/ водопопиваемост - до 1 %. и висока мразоустойчивост - до 200 цикъла. Гранитът много добре се обработва (дяла, шлайфа и полира). Намира приложение за облицовки на монументални сгради, хидротехнически съоръжения, паваж, пътни мастилки, трошен камък за бетон и др. Състоянието на гранита при високи температури до голяма степен се обуславя от съдържащия се в него кварц. 1. Якостта на натиск на гранита при загряване до 200°С нараствас около 60% спрямо първоначалната, с около 60% спрямо първоначалната, което се обяснява със снемането на вътрешните напрежения, възникнали в гранита в резултат на неравномерното охлаждане на магмата в земните недра. 2. След 200°С якостта на натиск започва да намалява,като при 600оС все още е равна на началната.При 600оС става рязко изменение на якостта на натиск на гранита, което се дължи на увеличаване на обема на кварца. При тази температура се появяват първите пукнатини, които бързо се увеличават и при 800°С гранитът по същество губи монолитност и се разрушава. 4. Влияние върху намаляването на якостта на гранита оказват и температурните напрежения, възникващи от различните коефициенти на топлинни деформации на минералите, съставящи гранитът. 5. Разликата в якостта при различна продължителност на нагряване на гранита (от 1 до 8 часа) е незначителна. Продължителността на нагряване на образеца трябва да съответства на времето, необходимо до пълното прегряване при зададена температура. У нас големи находища на гранит има в с. Бързия - Михайловградско, с. Тошев път - Банско, с. и др. Сиенит- различава се от гранита по това, че не съдържа кварц Също има зърнест строеж. Сиенитът много прилича на гранита и по свойства, но по-лесио се обработва и по-лесно изветрява. Използва се главно за декоративни цели, облицовки на сгради, за паметници и др. У нас находища има на Витоша, с. Атия - Бургаско, р. Ропотамо и др. Диорит - зърнеста скала, съдържаща около 75% фeлдшпат, до 25% тъмнооцветени минерали като авгит, биотит, а понякога и, кварц. Диоритът има ситно и среднозърнеста структура и светлозслен до тъмнозелен цвят. По строителни свойства диоритът не отстъпва на гранита притежава висока твърдост и много добре се полира. Най-често се използва за облицовки и в пътното строителство. У нас се среща на Витоша, в Кюстендилско, Дупнишко и др. Габро - представлява поликристална скала с тъмнозелен до черен цвят. Съдържа главно фслдшпат (до 50%) и тъмнооцветсни минерали - авгит, амфибол и биотит. Свойствата му са подобни на гранита. Габрото се използва главно за облицовки, пътни покрития, чакъл за бетони и др. Разновидност на габрото с лабрадоритът, съдържащ главно калциево-натриев плагиоклаз. Характерна особеност на лабрадорита е т. нар. иризация на полираната повърхност . Лабрадоритът се използва за особено ценни облицовки. Среща се много рядко. У нас находища на габро има на Витоша, и др. По-важни повърхностни скали Към повърхностните магмсни скали, които най-често се използват в строителството, се отнасят: порфирите, трахитите, андезитите, перлитът и вулкапските туфи, пепел, псмза и пясък. Порфири - повърхностни скали, близки по химичен и минерален състав до гранита (кварцов порфир), сиенита (безкварцов порфир), диорита (порфирит), които се характеризират с порфирова структура, съдържаща по-едри кристали. Имат по-ниска атмосфероустойчивост и изтривасмост от дълбочинните скали, но притежават по-добри декоративни свойства. Обемната им маса е от2400 до 2800 kg/m3, а якостта на натиск от 130 до 200 МРа. Трахит - повърхностна скала, сходна по минерален състав на сиенита, но по-порьозна. Има обемна маса около 220 kg/m3 и якост на натиск 130 - 250 МРа. Разновидност на трахита е бещаунитът, който се използва като добавъчен материал при киселинно-устойчивите бетони. Риолит- повърхностна скала, сходна на гранита, но с по-голяма порьозност. Лесно се обработва. Използва се за облицовки на сгради и трошен камък за бетон. У нас добре разработени кариери има в Брацигово, с. Дебращица - Пазарджишко и др. Андезит - състои се от същите минерали, както диоритът, но има по-плътен строеж. Използва се за киселинноустойчиви облицовки и трошен камък за обикновен и киселинноустойчив бетон. Находища има на Витоша, Бургаско, Айтоско, Карнобатско. БАЗАЛТ - по химичен и минерален състав е сходен на габрото. Представлява скала със скритокристален и аморфен строеж с малко съдържание на вулканично стъкло (тъй като не всички минерали са успели да кристализират). Минералният му състав е: фелдшпат (плагиоклаз) и желязо-магнезиеви силикати. Базалтът е тъмносив, почти черен на цвят. Обемната му маса е от 2900 до 3300 kg/m3, а якостта на натиск от 100 до 500 МРа, но е крехък. Високата му якост на натиск и крехкост затрудняват обработката му. Базалтът се отличава с неголямо топлинно разширение, но при температури по-високи от 900°С претърпява силно увеличение на обема, съпровождащо се с отделянето на газове. Това се обяснява с наличието в състава на базалта на вулканично стъкло, което при нагряване набъбва от отделящите се газове. Използва се за трошен камък за бетон, за пътни настилки, за киселинноустойчиви материали, за изделия от лят базалт и производство на минерална вата и др. У нас находища на базалт има в Казанлъшко, Чирпанско, Габровско и др. ПЕРЛИТ - повърхностна скала, състояща се главно от вулканична маса със стъкловиден строеж. Химичният му състав включва: SiO2 - 65-75%, AL2O3, - 12 - 15%, Fe2O3 - 1,5-2.5%. СаО -1,5 2,0%, MgO -0,5 - 1,5%, основи 5 - 7% и химически свързана вода - 2-6%. Перлитът има ниска обемна маса от 1300 - 1600 kg/m3 и силно порьозна структура с порьозност от 30 - 40%. Характерна особеност на перлита е, че се състои от зърна с размери от 2 до 15 мм, които са в несвързано или слабо свързано състояние. Основно технологично свойство на перлита е неговата способност да експандира при нагряване до температура 800 -1200°С. Това е съпроводено с многократно увеличаване на обема (от 5 до 20 пъти) и образуване на лек порьозен материал. В процеса на нагряване перлитът постепенно се размеква, съдържащата се в него химически свързана вода се изпарява и превръща в пара, която раздува цялата маса. Ескпандиралият перлит широко се използва в строителството като пълнител за бетони, за получаването на топлоизолационни материали и изделия в съчетание с различни свързващи вещества (гипс, цимент, глина, асфалт и др.) и др. Перлитът се използва и като лек топлоизолационен пълнител на различни видове противопожарни замазки пожароустойчиви панели и др. У нас големи находища има в Родопите край Кърджали. Вулканични пепели пясък и пемза - представляват минерални частици с различни размери: до 1 mm - пепел, от 1 до 5 mm - вулканичен пясък, от 5 до 3 mm - пемза. Тези скали имат порьозна структура, ниска обемна маса, малка топлопроводност -0,13 - 0,23 W/(m.К), якост на натиск - 2-3 МРа. Състоят се от аморфен SiO2 и вулканично стъкло. Вулканичните пясък и пемза се използват като запълнители в леките бетони, при производството на топло- и звукоизолационни материали, като шлайфащ материал и др. Освен това те се използват и като активни минерални добавки (в ситно смлян вид) към неорганичните свързващи вещества (вар и цимент). У нас находища има в Кърджалийско и др. Вулканичнои туфи - повърхностни скали, които са се получили в резултат на последващо уплътнение или циментация на вулканичните продукти: пясък, пепел, лапили и вулканични бомби. Лапилите са късове с размери от 2 до 20 mm, а вулканичните бомби са застинали във въздуха късове от лава с размери 30-55mm. Тези скали имат порьозност 55-70%, обемна маса 700 - 1450 kg/m3 и якост на натиск от 5,0 МРа до 7,5 МРа. Туфите много лесно се добиват и обработват. Използват се във вид на блокове (рязани и дялани) с правилна форма за топлоизолации, в раздробен вид като запълнители за леки бетони, в ситно смлян вид като хидравлични добавки за цимент и вар. У нас най-големите находища се намират в Родопите край Кърджали.

Седименти (утаечни) скали Утаечните скали са се формирали, както стана ясно, в термодинамичните условия, характерни за повърхността на земята. Характерна особеност за тях с слоистостта на Находищата (обикновено се наричат пластове) и в повечето случаи по-порьозна структура и по-малка якост в сравнение с плътните повърхностни скали. Тези скали се срещат в различни разновидности: неспосни скали (чакъл, пясък, глина), споени скали (пясъчници, конгломерати, бречки). Освен това те се получават и в резултат на утаяване на животински и растителни остатъци. Химичният състав на всички утаечни скали е близък до състава на магмените, но помежду си отделните утаечни скали се различават значително повече. Утаечните скали, използвани за строителни цели, обикновено съдържат следните химични съединения във вид на минерали: силициев двуокис в кристално и аморфно състояние (с химически свързана вода или безводни); алумосиликати (главно хидроалуминиеви силикати); карбонати; сулфати (с химически свързана вода или безводни). От тези съединения се състоят основните утаечни скали, използващи се в строителството: кварц, опал, каолин, калцит, магнезит, доломит, гипс,анхидтир. Механично утаени (отломъчни) скали Механично утаените скали се намират в природата в свързано (споено) и в несвързано състояние. В споените скали свързващото вещество е калцит, глина, кремък и др. Към тях се отнасят пясъчниците, конгломератите, бречките и мергелите. Към несвързаните се отнасят пясъкът и чакълът.Пясъчник - предствлява кварцови или фелдшпатови зърна с големина до 2 mm, споени с варовикови, крсмъчни, доломитони и други минерални свързващи вещества. Обикновено са издръжливи на атмосферни условия, но намаляват якостта си във водонапито състояние. Имат широко приложение главно за облицовъчен материал. Koнгломерати и брегчи- представляват седиментни скали с големина на зърната по-голяма от 2 мм, споени както пясъчниците със свързващо вещество. Различават се по това; че конгломератите съдържат заоблени зърна, а брекчите ръбести. Използват се за декоративни облицовки и др Мергел- представлява глино-варовикова скала, съдържаща 35 - 65% варовик и 35 - 65% глинести вещества. По състав мергелът с съвсем близък до състава на суровинната смес, използвана за производството на портландцимент. Мергелът не е устойчив срещу атмосферни въздействия, от водата набъбва, а при замръзване се разрушава. Използва се в строителството само след съответна лабораторна проверка. Пясък и чакъл - представляват; утаечни скали с размер на; зърната: при пясъка от 0,15 до 5,0 мм, а при чакъла от 5 до 150 мм. Глини - представляват ситноотломъчни механично утаени скали, образувани в резултат на изветряване на фелдшпати, гранити, гнайси и др. По състав глините представляват смес от глинести минерали - каолинит, монтморилонит, галузит и др. със зърна от кварц, слюда, калциеви и магнезиеви карбонати, окиси на желязото и др. Каолиновите глини (каолин) имат бял цвят, а другите са различно оцветени, включително и до черно. При овлажняване глината добива пластични свойства, а след изпичане преминава в камъкоподобно състояние. Глините са основна суровина за керамичната промишленост и при производството па портвандцимент Каолин - утаечна скала, продукт на изменение на фелдшпата. Влиза в състава на глината. Чистият каолин има бял цвят, но при наличие на примеси се оцветява в сиво, жълто и др. Каолинът е съставен главно от минерала каолинит, който представлява хидроалуминиев силикат - и примеси на други глинести минерали, пясък и др. Обемната му маса е 2600 кg/m3 твърдостта по Моос-1 и е с висока пластичност, което свойство се използва за получаване чрез формоване на различни строителни изделия. При нагряване до 500-600oС става дехидратация, т. е. отделянето на физически до 100 - 120 °С и химически свързаната вода, в резултат на което каолинът губи своите пластични свойства и добива порьозна структура. Този процес се съпровожда с пълно разрушаване на кристалната му решетка и с образуване на аморфна смес от глинозем силициев двуокис.При по-нататъшното нагряване до 950oС и повече тези окиси отново се съединяват помежду си, но вече в други съотношения и се образуват нови алуминосиликати: силиманнт - Al2O3SiO2 (твърдост по Моос - 7, обемна маса 3200

- 3270 kg/m3);мулит - 3Al2O32SiO2 Тези нови съединения притежават голяма плътност, якост на натиск, твърдост и огнеупорност. На базата на тези процеси е основано получаването на различни керамични и огнеупорни материали и изделия. При нагряване до 1780° каолинът се разтопява. Изпечени до 1200°С изделия, състоящи се от 19% каолин и 81% кварц, имат температура на топене 1580°С. Тази температура е прието да се нарича долна температурна граница на топене на огнеупорните материали. Химически утаени скали От химически утаените скали най-важни за строителството са карбонатните и сулфатните. Най-разпространените карбонатни скали са варовиците и доломитите, а най-разпространените сулфатни скали гипсът и анхидритът. Варовици - утаечни скали, състоящи се предимно от минерала калцит (СаСО3 - безцветно вещество с хексагонална кристална структура), но често съдържат различни примеси (кварц, глина, доломит, железни окиси, органични примеси и др.), в зависимост от което цветът им се променя от бял до тъмнокафяв, с различни оттенъци. При съдържание на глина не повече от 6% скалите се наричат варовик, при съдържание на глинести примеси от 6 до 20% - мергелни варовици, а при по-големи количества глина - мергели. Варовиците се класифицират и в зависимост от съдържанието на доломит. Чистият варовик има обемна маса 2700 kg/m3, твърдост по Моос З, якост на натиск до 250 - 300 МРа. Разтваря се бурно в 10% разтвор на солна киселина, което в съвременните природни условия води до бърза корозия. Порьозността на плътните химически утаени варовици е по-малка от 1%. В сравнение с другите скали варовикът се характеризира с равномерни и неголеми деформации при нагряване до 800°С. Понататъшното увеличение на температурата води до разлагане (термична дисоциация) на варовика по реакцията: Образувалият се при това окис на калция (негасена вар) притежава незначителна якост и малка топлопроводност. Следователно в условията на пожар или високотемпературно въздействие (около 900°С) започва разлагане на варовика по повърхността, което, при достатъчно продължително нагряване може да проникне на значителна дълбочина или по цялата маса на варовика. Образувалият се по повърхността слой от СаО играе положителна роля, тъй като има понижена топлопроводност и забавя прегряването в дълбочина. Освен това разлагането на варовика протича с поглъщането на значително количество топлина q = 1779kJ/kg, което също способства за намаляване прогряването на материала. Варовикът се съпротивлява (издържа) на действието на високите температури по-добре от гранита и от много други скали, съдържащи кварц. При температура около 130-150°С якостта му се повишава с около 25 -30% в сравнение с първоначалната и остава практически постоянна до около 600°С, след което бавно започва да намалява. При 750°С якостта, е равна на първоначалната, а при 900oС бързо намалява вследствие разлагането на варовика. Поливането с вода на нагрети конструкции и други елементи, съдържащи варовик, води до "гасене"Образувалият се при това окис на калция (негасена вар) притежава незначителна якост и малка топлопроводност. Следователно в условията на пожар или високотемпературно въздействие (около 900°С) започва разлагане на варовика по повърхността, което, при достатъчно продължително нагряване може да проникне на значителна дълбочина или по цялата маса на варовика. Образувалият се по повърхността слой от СаО играе положителна роля, тъй като има понижена топлопроводност и забавя прегряването в дълбочина. Освен това разлагането на варовика протича с поглъщането на значително количество топлина q = 1779kJ/kg, което също способства за намаляване прогряването на материала. Варовикът се съпротивлява (издържа) на действието на високите температури по-добре от гранита и от много други скали, съдържащи кварц. При температура около 130-150°С якостта му се повишава с около 25 -30% в сравнение с първоначалната и остава практически постоянна до около 600°С, след което бавно започва да намалява. При 750°С якостта, е равна на първоначалната, а при 900oС бързо намалява вследствие разлагането на варовика. Поливането с вода на нагрети конструкции и други елементи, съдържащи варовик, води до "гасене" При нагряване се разлага по формулата: MgCO3 --> 500-800 C -->MgO + CO2- q Образуваният при реакцията магнезиев окис има порьозна структура и притежава свързващи свойства при замесване с вода. Нарича се каустичен магнезит. При изпичане на природния магнезит до 1500 - 1600°С се получава много плътно опечен магнезит - МgO, който се използва за изготвяне на огнеупорни строителни материали и изделия. Гипс - сулфатен минерал, който се получава като утайка при увеличаване на концентрацията им във водите (езера и др.) По химичен състав представлява CaSO4.2H2O - двуводен сулфат на калция. Чистият гипс е безцветен с моноклинна кристална структура и стъклен блясък. Има твърдост 2 по Моос, а обемната му маса е около 2320 kg/m3. При загряване протича следната реакция:CaSO4.2H2O-->CaSO4.0,5H2O+1,5H2O т. е. става отделяне на част от химически свързаната вода (1,5 молекули О ) и образуване на полуводен гипс, който има хексагонална кристална структура и се нарича басанит. Този гипс притежава свързващи свойства и е известен като строителен гипс. При нагряване до по-високи температури (над 400°С) гипсът напълно губи водата и преминава в минерала анхидрит - CaSO4 способен да втвърдява само в присъствието на катализатори. Този минерал с известен под името "мъртъв" гипс и също се среща в природата, има по-голяма обемна маса - 3000 kg/m3 и твърдост 3 - 3,5 по Моос, Този минерал е способен да втвърдява само в присъствието на катализатор. Нагряването до 900 - 1000oС протича с частична дисоциация на aнхидрита с образуване на СаО. Полученото вещество е известно под името високоизпечен гипс и се използва като катализатор при свързването на анхидрита.Природният гипс се използва главно за получаването на "печен" гипс, а също и като добавка за цимента. На основата на печения гипс се получават голямо количество строителни материали и изделия. У нае големи находища на природен гипс се срещат в с, Кошава, Видинско,

Тема 8: Керамични строителни материали н изделия. Общи сведения Керамични се наричат каменните материали и изделия, получени при изпичането до високи температури на различни видове минерални суровини (глина, каолин и др.) с подходящ минерален състав. Тя се явява най-древният от всички изкуствени каменни материали. Възрастта на глинения кирпич (непечена глина) като строителен материал с около 5000 години. Суровини за производство на керамични материали и изделия Основни суровинни материали за производството на керамични изделия са каолинът и глината, които се използват в чист вид или в смес с т. нар. добавки - опостнители, пластификатори, нарооб-разуватели и др. Каолинът и глината представляват естествени скални (хидроалуминиеви силикати) с различни примеси, при заместване с вода образуват пластично тесто, което след изсъхване и изпичане преминава необратимо в камъкоподобно състояние.Каолин - състои се почти изцяло от минерала каолинит, съдържа голямо количество частици по-малки от 0,01 mm; след изпичане запазва бял или почти бял цвят. Глина - рязка граница между каолина и глината не може да се направи. Все пак глината има по-разнообразен състав и повече примеси. Глинестото вещество, с частици по-малки от 0,5 mm, се състои предимно от каолинит и родствени минерали като монтморилоннт , галузит , делит и др. Най-общата формула на глинообразуващите вещества е :

Al2O3.mSiO2.nH2O В глината се съдържат освен каолин и примеси като кварц, фелдшпад, слюда, калцит, магнезит, органични вещества и др.Съдържанието на примесите и размерите на частиците определят пластичността и другите свойства на глината.Интересен глинест материал е бетонитът, който представлява глинеста скала със ситнодисперсни частици, главно от монтморилонит. Съдържанието на частици с размери по- малки от 0,001 mm, достига 85-95% и определя високите сорбционни свойства и пластичност. Така например 1 кг бентонит поема до 7 литра вода. Големи находища има в Кърджалийско. Опостнители Това са вещества, които се добавят към глинестата маса с цел понижааване на пластичността и намаляване съсъхването на глината при изсъхване и изпичане (въздушно и огнено съсъхване). За тази цел се използват шамот, пясък, дехидратиратирала глина , гранулирана шлака, зол от ТЕЦ (негорим минерален остатък) ШАМОТ - зърнест керамичен материал (с размери на зърната от 0,14 до 2,0 mm), който се получава при смилането на глина предварително изпечена до температурата, при която се изпичат изделията. Подобрява сушилните свойства. ПЯСЪК - добавя се в количество от 10 до 25% (с размери 0,5 -2,0 mm). При по-големи количества намалява якостта и мразо-устойчивостта на керамичните изделия. Пластифициращи добавки Използват се с цел подобряване пластичността на суровината. Това са високопластични глини, бентонит, повърхностно-активнй вещества (сулфитно-дрождова бражка, полиетиленов окис и др.) Повърхностно-активните вещества се вкарват в минимални количества (по-малко от 0,1%) от масата на суровината, но имат голям ефект. Подобряват обработваемостта и формоването на изделията. Порообразуващи добавки Порообразуващите материали се вкарват към суровинната маса за увеличаване на порьозността и за намаляване на топлопроводността. За тази цел се използват вещества, които или изгарят (дървени стърготини, въглищен или торфен прах, гранулирани пеногласти -пенополистирол и др.) или дисоцират (варовик, доломит, мергел и др.) с отделянето на газове като CO2. В повечето случаи тези добавки са и опостнители. Свойства на глината Към основните свойства на глината се отнасят: пластичност, свързваща способност, способност да втвърдява при изсъхване, въздушно и огнено съсъхване, огнеупорност и спичане. Пластичност Пластичността на глината представлява способността на глиненото тесто да се деформира под влиянието на външнин механични въздействия, без да образува пукнатини и да запазва получената форма при последващо сушене и изпичане. На това свойство се основава формоването от глинено тесто на разнообразни строителни материали и изделия. Колкото е по-пластична глината, толкова повече вода е необходима за получаване на подходящо тесто и толкова по-голямо с въздушното съсъхване. В зависимост от пластичността глината се класифицира на: високопластичиа - с водопотребност повече от 28%; среднопластична - с водопотребност 20 - 28%; слабопластичиа - с водопотребност по-малка от 20%.Свързваща способност Под свързваща способност се разбира способността на глината да свързва частиците от непластични материали - пясък, шамот. шлака и др., а също така да образува при изсъхване на достатъчно здрави изделия (кирпич). Висока свързваща способност притежават глините, съдържащи повишено количество глинисто вещество. Способност на глината да се втвърдява при изсъхване Особеност на глиненото тесто е способността му да се втърдява при изсъхване на въздуха. Втвърдената глина има определена якост, която се обуславя от действието на Ван-дер-Ваалсовите сили на сцепление и циментация на глинестите частици с йоните на примесите. Силите на капилярното налягане стягат глинестите частици, като по този начин не им позволяват да се разделят. Вследствие на това става т. нар. "въздушно свиване. При насищане с вода мениските изчезват, действието на капилярните сили също изчезва, а частиците свободно се размесват в излишъка от вода. При изсъхване количеството на механически свързаната вода постепенно намалява, мениските също постепенно намаляват своя радиус, а частиците се сближават до такова разстояние, при което нараства влиянието на Ван-дер-Ваалсовите сили. Свиване на глината (съсъхване) Свиването или съсъхването на глината е намаляването на линейните размери и обема на глинените изделия при сушене на въздуха (въздушно съсъхване) и изпичане (огнено съсъхване). То се изразява в % спрямо първоначалната форма (размери) и се колебае от 2 - 3% до 12 -15%. За намаляване на съсъхването към глината се вкарват опостнители. Спичане Така се нарича свойството на глините да се уплътняват при изпичане до високи температури, като образуват плътен камъкоподобен череп. Температурата на изпичане, при която водопопиваемостта на изпечените изделия е 5%, се приема катоначало на спичане на глината. Температурният интервал между огнеупорността и началото на спичане се нарича интервал на спичане. Той зависи от състава на глината и за каолиновите глини е повече от 100°С. Добавянето на калцит - СаСО, понижава интервала на спичане. За получаването на плътни керамични изделия трябва да се използват само глини с голям интервал на спичане. Огнеупорност Огнеупорност на глината се нарича способността й да запазва формата й да не се разтопява при високи температури. Огнеупорността на глината зависи от нейния състав и за чистия каолинит е 1780°С. В процеса на високотемпературно изпичане глината претърпява дълбоки физико-химични изменения, вследствие на което тя придобива различна огнеупорност. По огнеупорност глините се класифицират на:- огнеупорни - с температура на размекване по-голяма от 1580°С; - мъчнотопими - с температура на размекване от 1350 -1580оС; - леснотопими - с температура на размекване по-ниска от 1350°С. За получаването на керамични строителни материали се използват главно леснотопими глини с повишено съдържание На кварцов пясък, окиси на желязото и др.Цветът на глината след изпичане зависи от нейния състав, а в частност от съдържанието на окисите на желязото. Те оцветяват керамичните материали и изделия в характерния черен цвят, чиято интензивност се увеличава с повишаване на съдържанието на Fe2О3 .Цветът на керамичните материали и изделия може да се промени с помощта на т. нар. глазура. Така се нарича тънкият стъклообразсн слой, покриващ повърхността на керамичните изделия. По своя състав глазурата представлява смес от неопределени алуми-носилициеви съединения. Дебелината на покритието е 0,1 - 0,3 mm. Глазурите се нанасят преди или след изпичането, като има изискване да притежават еднакъв коефициент на температурно деформиране с този на керамиката, върху която се полагат. Глазурите биват прозрачни и непрозрачни, безцветни и оцветени. Повишават експлоатационните свойства на изделията. Разновидност на глазурата е ангобът. Получава се от бяла или цветна глина. Не образува стъклообразен слой, а матово покритие. Производство на керамични материали и изделия Процесът на производство на керамични материали и изделия включва следните операции: добиване на глината в кариери и отлежаване, подготовка на глинената суровина за формуване, формуване на изделия, сушене, изпичане и охлаждане.Керамичните материали и изделия се получават по три способа: на пластично формуване; на полусухо пресоване; чрез леене. Видове керамични материали и изделия Стенни материали Към тях се отнасят обикновените керамични тухли, кухи тухли, порьозни тухли, леки и кухи керамични блокове и др. Получават се по способа на пластично формуване, а също и чрез полусухо пресоване, след което се изпичат при температура до 1000oС. ОБИКНОВЕНИ ГЛИНЕНИ (КЕРАМИЧНИ) ТУХЛИ Така се наричат изкуствените камъкоподобни керамични материали, които се получават чрез изпичане. Имат правоъгълна форма - паралелепипед с размери 250 ± 4 mm х 120 ± 3 mm х 65 ± 3 mm за обикновените и 250 ± 4 mm х 120 ± 3 mm х 88 ± 3 mm за модулните. Обемната им маса се колебае от 1600 - 1900 kg/m3 и зависи от способа на изготвяне. В зависимост от якостта на натиск се делят на марки 75(7,5 МРа), 100, 150 и 200. Обикновените тухли се използват за зидарии на стени, колони и други конструкции, за приготвяне на керамични панели, брандмауери, противопожарни стени и др. Кухите тухли се различават от обикновените по това, че имат надлъжни или напречни канални кухини. Стандартът изисква сборът от плоскостта на каналите да е повече от 20% от плоскостта на тухлата, която те пробиват. Размерите им са същите както при обикновените тухли, като освен това се произвеждат и двойни с размери 250 х 120 х 140 тт и четворни с размери 250 х 250 х 140-тт. Използват се както обикновените тухли, като от пожарна гледна точка трябва да се спазва изискването каналните кухини да бъдатуспоредно на зида. В противен случай е възможно при възникване на пожар същият да бъде разпространен в съседни помещения. За вътрешни преградни стени се произвеждат кухи тухли с размери 290х140х60 mm. Според якостта си на натиск кухите тухли също се делят на марки: 25, 35, 50, 75.Кухите тухли с напречни кухини се наричат решетъчни. Те се използват за самоносещи стени. Според якостта си на натиск също се делят на марки: 35, 50, 75, 100, 150. КЕРАМИЧНИ БЛОКОВЕ ЗА ЗИДАРИЯ У нас се произвеждат и кухи керамични блокове за зидария - с вертикални и хоризонтални кухини. Те имат размери: 290х250х140 mm. Използват се предимно за външни стени на жилищни сгради, промишлени сгради и др. ТУХЛИ И ТЕЛА СЪС СПЕЦИАЛНО ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ към тях се отнасят профилни тухли, трапецовидни тухли, клиикерни тухли, тухли за комини, сметопроводи и др. Те се

използват при строителни конструкции или елементи на сгради и съоръжения със специално предназначение. Имат регламентирани размери, но се изготвят и по задание на клиента. Покривни материали Към тази група материали се отнасят керемидите и капаците. У нас се произвеждат три вида керемиди: тип мярсилски, тип мизия и турски. За производството им се използва "по-мазна" и пластична глина. Първоначално са се произвеждали ръчно, но сега. процесът е механизиран. Формуването се извършва на обикновена лентова преса или вакуумпреса. Готовите изделия се подсушават, след което се изпичат в рингови или тунелни пещи при температура до 1000°С. Основните изисквания са покривните материали да бъдат водонепропускливи, мразоустойчиви и да имат носимоспособност по-висока от 1200 N (средно от пет .изпитвания). Имат полезна покривна площ 20х30 см, или 15 керемиди покриват площ от 1 m2.Формата и размерите на трите вида керемиди е стандартизирана съгласно БДС. У нас от няколко години се произвеждат бетонни керемиди по технология на шведската фирма "АБС". Една технологична линия има капацитет над 8 милиона броя годишно, а енсргоемкостта се намалява с около 30% в сравнение страдиционното производство. Керемидите, които се произвеждат, са оцветени в 10 цвята и имат дълготрайност около 50 години. Огнеупорни керамични материали Огнеупорните керамични материали се произвеждат от огнеупорна глина във вид на тухли, блокове и др. Характерно за тях е високата огнеупорност Използват се за зидарии на сводове и промишлени пещи, за изолации на огнища, за зидарии на комини, за противопожарни стени, брандмауери и др. Санитарно-технически изделия Оборудването на санитарно-техниче ските възли в жилищните, промишлените и други сгради и помещения moже да се извърши с фаянс, порцелан и полупорцелан. ФАЯНС - така се нарича керамичният материал със ситно-порьозна структура (череп), обикновено имащ бял цвят. За получаването му се използват бяла огнеупорна глина, каолин, феддшпат, кварц и порцеланова боя. Използването на животински кости, изпечени до високи температури, които се добавят към фаянсовата смес, води до получаването на т. нар. "костен фаянс". Фаянсовите изделия имат висока якост на натиск, достигаща до 100 МРа и водопоглъщане 10-12%. ПОРЦЕЛАН - така се нарича плътният керамичен материал с бяло оцветяване. Получава се при изпичането на суровина, близка по състав до тази на фаянса. Порцеланът се различава от фаянса по по-голямата плътност и якост. Якостта на натиск достига до 500 МРа, а водопопиваемостта 0,2 - 0,5%. ПОЛУПОРЦЕЛАН - по своите свойства заема междинно, т. е. промеждутъчно място между фаянса и порцелана. Якостта на натиск е 150-200 МРа, а водопопиваемостта 3 - 5%. И трите вида изброени изделия се получават обикновено по пътя на смесване на суровинна смес с опредлен състав (фирмена тайна) е определено количество вода до образуването на течна маса - kликер, след което се излива във форми. Следват операциите на подсушаване и изпичане. За повишаване на водонепроницаемостта и придаване на добър външен вид изделията се покриват с глазура. Състояние на керамичните материали при високи температури Тъй като всички керамични материали и изделия в процеса на тяхното получаване се подлагат на високотемпературно изпичане (около 1000°С), то напълно понятно е, че повторното и последващи въздействия на високи температури (пожари) няма да оказва съществено влияние върху физико-механичните и експлоатационните свойства на тези материали и изделия в случаите, когато температурното въздействие не води до размекване или до разтопяване. В този аспект керамичните материали и изделия ще се "държат" най-добре в сравнение с непечените материали и изделия на основата на различни неорганични свързващи вещества (цимент, вар, гипс и др.). До голяма степен състоянието на керамичните материали се определя от състоянието на основния компонент, от който са изградени - глината, респективно каолина. Едно от най-важните свойства на глината е, че изпечена при високи температури (над 950°С) тя се превръща необратимо в твърдо камъкоподобно тяло, което има висока якост, огнеупорност, малка водопопиваемост и сравнително добра мразоустойчивост. При нагряване на глината до 110°С се отделя механически свързаната вода (капилярна, порьозна), при което тя губи пластичните си свойства, но добавим ли вода, свойствата се възвръщат; при 150°С започва да се отделя хидратната вода на гипса, който е в малки количества и на железните хидроокиси; при 430°С започва основното отделяне на химически свързаната вода, което завършва при около 750°С. Обезводнената глина губи пластичността си необратимо и придобива порьозна структура. При температура по-висока от 750°С започва разлагането на безводния метакаолинит който се е образувал по-рано (при 430 - 750°С) до пълното разрушаване на кристалната му решетка. Образува се аморфна смес от свободни окиси и др.При по-високи температури - 1200 - 1300°С силиманитът преминава в мулит. При тези температури започват да се топят леснотопимите съставки на глината, които благодарение на силите на повърхностното напрежение циментират и заякчават цялата маса. Над 1300°С глината се размеква, а изделията губят своята форма. От казаното дотук става ясно, че температурният интервал на изпичане на керамичните материали и изделия е от 950 - 1300°С и зависи от състава на суровината и свойствата на получените изделия. До започване на стопяването са станали и значителни деформационни промени (изменение на обема). Първоначално при 110°С е станало въздушното съсъхване, а след това и т. нар. "огнено съсъхване" вследствие на загубата на химически свързаната вода. Всичко това е съпроводено с намаляване на линейните размери и обема нa изпечените материали и изделия.

Tema 9: строителни материали, получени от минерални стопилки Общи сведения Стъкло се наричат всички аморфни тела, получени чрез преохлаждане на минерални стопилки, независимо от химичния състав и температурна област на втвърдяване, притежаващи в резултат на постепенното увеличаване на вискозитета механични свойства на твърди тела, при което преходът от течно в стъкловидно състояние трябва да бъде обратим. Стъкловидното състояние се характеризира с наличието на неголеми участъци с правилно подредена структура, липса на кристална решетка, изотропност на свойствата, липса на точна температура на топене. Съществуват много и разнообразни по своите свойства (оптични, механични, термични и др.) стъкла. Те съдържат различни стък-лообразуващи компоненти - окиси на силиций, натрий, калий, калций, бор,титан, цирконий, олово и др. В зависимост от стъклообразуващите компоненти стъклата се подразделят на: силикатно, боратно, боросиликатно, алумосили-катно, бороалумосиликатно и др.

От изброените стъкла само силикатното намира приложение в строителството. Строителното стъкло има следния химичен състав: 75 - 80% SiO2, 10-15% СаО, до 15% NаО и минимални количества Al2O3 , Fe2O3 , K2O. Обикновеното строително стъкло притежава най-разнообразни физико-механични и химични свойства. Обемната му маса е от 220 до 2800 kg/m3, якостта на натиск от 300 до 1200 МРа, якостта на опън е малка 35 - 85 МРа. След закаляване якостта може да се увеличи от 3 - 4 до 12-15 пъти в сравнение с тази на обикновеното стъкло. Стъклото има голям модул на еластичност от 47 000 до 100 000 МРа. Твърдостта по Моос е от 5 до 7, като по-голяма е на кварцовото и боросиликатните нискоосновни стъкла. Стъклото слабо се съпротивлява на ударно натоварване, т. е. то е крехък материал. Специфичният топлинен капацитет при стайна температура е от 0,63 до 1,05 W/(kg.К). Топлинното деформиране е ниско, зависи от химичния състав и се движи в границите от 9. 10-6 до 15.10-6 1/К. Топлопроводността на обикновеното стъкло също зависи от химичния му състав, но и от температурата. Така например при 100°С коефициентът на топлопроводност е от 0,4 до 0,82 W/(m.К). Стъклото лесно се поддава на механична обработка при нормална температура: рязане, шлайфане, пилене, полиране и др. В пластично състояние при температура около 800 - 1000oС то се формува, надува, изтегля на листове, тръби и влакна, може да се заварява. Получаване на стъкло Основните суровини за получаването на строителни силикатни стъкла са: кварцов пясък, варовик, креда, сода или натриев сулфат, каолин и др. Основна суровина е кварцовият пясък - SiO2. Той трябва да съдържа минимални количества примеси (окиси на желязото, хрома, титана и др.), които влошават свойствата му и намаляват светопропускливостта. Производството на стъкло включва в общи линии следните технологични операции: подготовка на суровините (раздробяване, смилане, сушене); приготвяне на стъклена шихта; "варене" на стъкломасата; преработка (формуване) на стъклени материали и изделия; термична, механична или химична обработка на готовите изделия за подобряване на свойствата им. Видове листово стъкло Листовото стъкло е едно от най-разпространените стъкла и е предназначено за затваряне на светлинни отвори в сгради и съоръжения: прозорци, врати, куполи и др. Подразделя се на обикновено и закалено; полирано и нсполирано; безцветно н цветно; плоско, релефно, вълнообразно и др. Наред с обикновеното листово стъкло се произвежда и специално стъкло; армирано, топлопоглъщащо, топлоотразяващо и др. Листовото стъкло е основната продукция на повечето от стъкларските заводи у нас. Произвежда се в СЗ "Кристал" - Перник, СЗ "Ст. Пеев" - гр. Белослав и др. Изделия от стъкло В строителството намират широко прилжоение стъклени изделия, които в зависимост от предназначението се разделят на:

конструктивни - стъклени блокове, профилно стъкло, стъклопакети и др., и преградни - цветни плочки, стъклена мозайка, прозорци и др. У нас се произвеждат кухотели стъклени блокчета, които намират приложение за изграждане на вертикални отвори, самоносещи вътрешни и външни стени и др. Имат ниска обемна маса около 800 кг/м3, нисък коефициент на топлопроводност 0,44 - 0,50 W/(m.К), якост на натиск 4 МРа, добри звукоизолационни свойства и достатъчна светопропускливост 50 - 60%. Целесъобразно е да се използват за промишлени сгради, хотели, сгради с масово пребиваване на хора и др., към които има повишени изисквания за пожарна безопасност. Имат добра пожароустойчивост около 19 - 22 минути. При температура около 900 - 950°С повърхността им започва да се разтопява, но процесът продължава дълго поради големия топлинен капацитет и малката топлопроводност, която притежават. Пеностъкло - представлява лек порьозен материал от стъкло. Той е високоефективен строителен материал, който съчетава ценни свойства: висока механична якост, малка обемна маса, ниска топлопроводност и водопопиваемост и др. Ценно свойство е добрата вожароустойчивост и сравнително високата температура на приложение. Пеностъклото се получава по няколко метода, но в промишлени мащаби се получава по т. нар. "прахов" метод. Същността на този метод се състои в следното: стъклената шихта, включваща смляно стъкло и газообразувател (от 0,5 до 3% от общата маса), се насилва в специални форми, нагрява се до разпенване, след което се охлажда. Като газообразуватели се използват вещества, които при нагряване се разлагат и отделят газове: кокс, антрацит, варовик, креда, мрамор, калциев карбид силициев карбид , пиролюзит , селитра и др. Изборът на вида и количеството на газо-образувателя зависи от температурата на спичане на стъклото, от порьозността, цвета на пеностъклото и др. Приложението на пеностъклото в голяма степен се определя от много добрите му топлоизолационни свойства. Именно те определят и неговото приложение главно за изготвяне на топлоизолационни материали, използващи се за топлоизолация на стени, подове, покриви на промишлени, жилищни и обществени сгради, : топлоизолации на промишлени хладилници и технологично оборудване и др. Няма съмнение, че пеностъклото като високоефективен материал има голямо бъдеще и ще намери по-широко приложение във всички сфери на строителството и техниката. Материали и изделия със стъкловлакнеста структура Към тази група материали се отнасят тези, които имат влакнеста структура и неорганичен произход. В зависимост от вида на суворината се разделят на две групи: минерални и стъклени. Основната суровина за получаването на първата група е стопилка от шлака, мергел, каолин, базалт и др., втората група се получава от почти същата суровина, от която се получава стъклото. МИНЕРАЛНА ВАТА - представлява влакнест материал, който се получава от силикатни стопилки на шлака, мергел, каолин, базалт и др. или техни смеси. Производството включва две основни технологични операции: получаване на стопилка и превръщането й в тънки влакна. Стопилката се получава във вагрянки или вани пещи, а превръщането й във влакно се извършва по няколко способа - чрез раздухване на течна стопилка, чрез центрофугиране и др. Получените влакна имат диаметър от 3 до 5 цкт. След уплътняване на влакната се получава минерална вата. Тя не гори, не гние, не се разлага. Има добра мразоустойчивост, химическа и биоустойчивост и е с висока топлоустойчивост, т. е. тя е топлоизолационен материал. 1 Минералната вата се използва за топло- и звукоизолационниизделия - плочи, сегменти, въжета, дюшеци, кечета и др. Намира приложение и като топлоизолационен материал за т. нар. противопожарни врати (среден топлоизолационен слой) в съчетание с желязо или стомана. Използва се и като топлоизолационен и армиращ компонент при получаването на противопожарни замазки. Има широки температурни граници на приложение от - -200 до +600 - 650°С. СТЪКЛЕНА ВАТА - представлява влакнест материал с типична стъклено-влакнеста структура. Получава се по различни способи от силикатна стопилка. Технологията на получаване е близка до технологията за получаване на минерална вата. Стъклената вата се характеризира с висока якост на опън на влакната, виброустойчивост, малка хигроскопичност, био-устойчивост, диелектрични свойства, нисък коефициент на топлопроводност (около 0,4 - 0,5 W/(m.К) и др.Стъклената вата служи като полуфабрикат за производството на топло- и звукоизолационни материали и изделия - въжета, ленти, дюшеци и др. Може да се използва и в насипно състояние. Има' допустима температура на приложение до +400°С. Стъклокристални материали (ситали) Ситали се наричат материалите, които се получават от разтопена стъклена маса и имат ситнокристална структура. За първи път са получени от И. И. Китайгородски чрез вкарване на специални вещества (ТЮ,, 2г0д и др.) към стъклената шихта, които образуват в нея центрове на кристализация, на чиято основа става кристализация на голяма част от материала. Характрна особеност на получената структура е това, че между микроскопичните кристали с диаметър около 1-2 цк:т (няколко микрона) равномерно е разпределена стъкловидна фаза (некристализирало стъкло с размери около един микрон). Количеството на стъклената фаза е около 5 -10%. Специфичната структура на ситалите осигурява, от една страна, запазване на свойствата на стъклото - химическа устойчивост, топлопроводност, светопрозрачност и др., а от друга страна, им придава повишена якост, термична устойчивост, рязко намалява крехкостта и издръжливостта на удар. Твърдостта на някои ситали се приближава към твърдостта на закалените стомани и е около 25 пъти по-голяма от твърдостта на обикновеното стъкло. В зависимост от изходната суровина се получават следните видове ситали: технически - на основата на изкуствени композиции, съдържащи окиси и соли на метали; петроситали - получават се на основата на естествени каменни материали - базалт, диабаз, гранит и др.; шлакоситали - получават се от металургични и други шлаки.Технологията на получаване на ситалите е близка до технологията на получаване на стъклото. Особеност е това, че към шихтата се добавят специални добавки - суединения на флуора и .фосфора, алкалоземни метали и др., които катализират процеса на кристализация при термообработката на материала. Ситалите намират най-разнообразно приложение: за изготвянето на ллочи, тръби, електроизолатори, химическа апаратура и др. В строителството се използват като конструктивен и изолационен материал - пътни покрития, тротоарни плочки, облицовки и др. У нас се произвеждат в гр. Плачковци. Допустимата температура на приложение достига до +700°С, а за шлакоситалите до 750°С. При температура 950 - 1000°С ситалите се размекват.ПЕНОСИТАЛИ - представляват порьозен материал, който се получава-чрез експандиране на ситал или шлакоситал. Благодарение на порьозната структура имат много добри топлоизолационни свойства при сравнително висока якост на натиск - 6-14 МРа. Пеноситалите имат затворени пори и малка хигроскопичност и водопопиваемост. Изделия от пеноситал имат допустима температура на приложение до 750°С и могат да се използват за топлоизолации на промишлени пещи, топлопроводи и др.

Tema 10 : Неорганични свързващи вещества Неорганични свързващи вещества се наричат прахообразните .неорганични материали, които при смесване с вода образуват пластично тесто, способно с течение на времето самопроизволно да се втвърдява в резултат на физико-химични процеси. Като преминава от тестообразно пластично състояние в камъкоподобно, свързващото вещество споява в себе и чакъл, трошен камък, пясък и др. Това свойство на свързващите вещества се използва за изготвяне чрез спояване, но без изпичане на различни строителни материали и изделия: строителни разтвори, бетон и бетонни изделия, гипсови и гипсоподобни изделия и др. В зависимост от състава свързващите вещества се делят на две големи групи: НЕОРГАНИЧНИ - вар, цимент, строителен гипс, водно стъкло и Др., които се свързват при смесване с вода или водни разтвори на соли. ОРГАНИЧНИ - битуми, катран, полимери, животински клей и др., които се привеждат в работно състояние след нагряване, разтопяване или разтваряне в органични течности. Те ще бъдат разгледани в отделен раздел. Неорганичните свързващи вещества се подразделят според начина на втвърдяване и запазването на якостта на три големи групи: ВЪЗДУШНО СВЪРЗВАЩИ ВЕЩЕСТВА - втвърдяват и продължително време запазват или увеличават своята якост само на въздух. В зависимост от химическия състав се делят на: а) варови свързващи вещества - състоящи се главно от окиси на калция - СаО; б) магнезиеви свързващи вещества - съдържат магнезиев окис -МgO; в) гипсовите свързващи вещества - тяхна основа е калциевият сулфат - СаSО4; г) водно стъкло - водни разтвори на натриев или калиев силикат. ХИДРАВЛИЧНО СВЪРЗВАЩИ ВЕЩЕСТВА - втвърдяват и продължително време запазват якостта си не само на въздух, но и под вода. В зависимост от химичния състав те представляват сложна система, състояща се от съединенията на следните четири окиса: СаО-SiO2-А12O3-Fe2O3. Тези съединения образуват три основни подгрупи хидравлично свързващи вещества: а) силикатни цименти - състоят се предимно (около 75%) от калциеви силикати; към тях се отнасят портланцимента и неговите разновидности; б) алуминатни цименти - състоят се Предимно от калциеви алуминати; главен представител е глиноземният цимент и неговите разновидности; в) хидравлична вар и романцимент. АВТОКЛАВНИ - това са вещества, способни при автоклавен синтез, протичащ в среда, наситена с водна пара, определена температура и налягане, да втвърдяват, като образуват здрав циментов камък; към тях се отнасят варо-силикатни, варо-шлакови, варо-пепелни, нефелинов цимент и др. Магнезиеви свързващи вещества Представляват ситно смлян МgO (каустичен магнезит) или каустичен доломит (МgO, СаСО3), главна съставна част на които е МgO. Самите те, смесени с вода, много бавно се свързват, но смесени с водни разтвори на магнезиеви соли МgСl3 (магнезиев хлорид) и МgSO4 (магнезиев сулфат) и др. бързо се свързват и втвърдяват. Горните соли, освен че ускоряват процеса, увеличават разтворимостта на магнезиевия окис във водата. Гипсови свързващи вещества Гипсът, както и въздушната вар, 'се е използвал като свързващо вещество още от дълбока древност. Така например в известната Хеопсова пирамида, построена преди около 4000 години, и гипсъте бил използван като свързващо вещество. КЛАСИФИКАЦИЯ - гипсовите свързващи вещества в зависимост от температурата на изпичане се подразделят на ниско-температурни и високотемпсратурни. Влияние на високите температури върху втвърдения гипсов камък , 'При нагряване на втвърдения гипсов камък повече от 70°С започва отделянето на влагата, като този процес завършва при около 110°С. При по-високи температури започва процес на дехидратация, който се съпровожда с разрушаване на кристалната му структура. При температура 400°С става пълното отделяне на химически свързаната вода (дехидратация)

което освен с разрушаване на структурата е свързано и с бързо намаляване на якостта на гипса. При извършените експериментални изследвания било установено, че якостта на опън пада до нула, а якостта на натиск - до около 30 - 35% спрямо първоначалната (фиг. 8).

нагряването на втвърдения гипс до 100°С се съпровожда с рязко намаляване на якостта му - до 45% спрямо първоначалната в нагрято състояние и до 75% след охлаждане. По-голямото намаляване на якостта в нагрято състояние се дължи на охлаждането на образеца след изваждане от пещта. Повишаването на температурата до 200°С води до допълнително намаляване на якостта на гипса до около 40% в нагрято състояние, а след охлаждане до 50%. В температурния интервал 200 - 300°С

Tema 11: Строителна въздушна вар Варта е едно от най-древните, изкуствени свързващи вещества, намерили приложение още преди няколко хилядолетия пр. н. е. Представлява неорганично свързващо вещество, което се получава при изпичането на карбонатни скали - варовик, креда, доло-митизирани варовици и др., със съдържание на по-малко от 8% глинести вещества. Изпичането се извършва до температура (910 -1200°), по-ниска от точката на стопяване. Варта се класифицира на;а) в зависимост от % съдържание на МgO: калциева вар, МgO по-малко от 5%, магнезиева вар, МgO от 5 до 20%, високо-магнезиева или доломитна, МgO от 20 - 40%; б) според стандартното време за гасене бързогасяща с време на гасене, по-малко от 20 минути, и бавногасяща с време на гасено повече от 20 минути; в) според вида, в който се доставя на обекта: негасена вар на буци, негасена вар на прах, гасена вар (варова каша), хидратна вар на прах. Гасене на варта Под термина "гасене" на варта се разбира процесът на смесване на негасената вар с определено количество вода. Реакцията е екзотермична, съпровожда се с отделянето на значително количество топлина, която при определени условия (горим материал и неразсейване на топлината) може да предизвика пожар. Част от водата при тази реакция преминава в газообразно състояние и се създава впечатление, че варта ври. Парата създава известно опънно напрежение във варта и тя се разпада на прах. От горната реакция се вижда, че за пълното хидратиране на варта са необходими за една тегловна част около 0,32 тегловни части вода. При обикновено "гасене" се използват по-големи количества вода 0,6 - 0,8 тегловни части, като се получава варова каша, представляваща смес от калциев хидроокис и вода. Върху скоростта на гасене на варта голямо влияние оказва увеличаването на температурата - с увеличаване на температурата процесът на гасене се ускорява. Особено бързо гасеното става в специални апарати - хидратори под въздействие на налягането и температурата на водната пара. Ускоряване на гасеното на варта се постига и с използването на електромагнитно обработена вода. При направените експериментални изследвания във факултет Противопожарна охрана се установи, че вода, обработена с електромагнитно поле с интензитет от 144 до 240 КА/m ускорява гасеното на негасена вар. След угасяването на варта е необходимо тя да отлежи известно време (около 15 дни), при което протичат т. нар. процес "узряване". Същността му се състои в това, че недоугасените частици се доугасяват, а другите, които не се гасят, падат на дъното. Втвърдяване на варта Във варовата каша, както стана ясно, се съдържа калциев хидроокис и вода (50% твърди частици Са(ОН)2 и 50% вода). Кристалите от калциевия хидроокис са разделени (обвити) с тънки водни ципи, играещи ролята на своеобразна хидродинамична смазка. Изсъхването на варта и варовите разтвори предизвиква постепенно сближаванена кристалите от Са(ОН), и тяхното последващо срастване кристални срастъци. Освен това на повърхността на разтвора разпространяване на неголяма дълбочина протича процес на карбонизация по следната реакция: Са(ОН)2 + СО2 --> СаСО3 + Н2O Образувалият се калциев карбонат се сраства с кристалите ot Са(ОН)2, което води до повишаване на якостта и твърдостта на повърхностния слой. Образуването на СаСО3 и Са(ОН)2 става само при положителни температури и ниска влажност и при обикновени условия протича бавно. Карбонизацията обхваща само повърхностния слой, което се обяснява с малката концентрация на СО2 във въздуха (0,03%). Тезв процеси могат значително да се ускорят от топлинно-влажностна обработка в автоклава. ПРИЛОЖЕНИЕ НА ВАРТА Варта се употребява в строителството само във вид на разтвори, т. е. в смеси с пясък или други запълнители, тъй като вследствие на големите деформации (свиване) при изсъхване варовото тесто се напуква. Варта се използва и като добавка в смесени разтвори за получаването на силикатни материали и изделия, подлагани на автоклавна обработка и др. Т. Нар. хоросан (смес от вар и пясък) се използва за противопожарна защита на каратавани, строителни конструкции и др.Водно стъкло Водно или течно стъкло се наричат разтворените във вода сли на силиция и натрия или на силиция и калия. В строителството по-голямо разпространение е получило натриевото стъкло - Nа2O.n.SiO2 Величината "п" се нарича модул на стъклото или силикатен модул. Колебае се в границите от 2,5 до 3,5 и се определя от израза: n = SiO2.Na2O. 1,032 (1,032 е отношението на молекулната маса на Натриевия окис към молекулната маса на силициевия двуокис).Водното стъкло се получава при стопяване на кварцов пясък със сода (Na2SO3) или натриев сулфат (Na2SO4) при температура 1400 -1450°С. При тези температури става разлагане на натриевия карбонат (или сулфат), който взаимодейства със силициевия двуокис. След охлаждане на силикатната стопилка образувалите се буци се обработват в автоклав с водна пара под налягане (0,6 - 0,8 Ра). В резултат на обработката се получава лепкава течност, която се използва в строителството. Тази течност се разтваря във вода при нормална температура и налягане. Втвърдяването на водното стъкло протича само на въздух, при което под действието на .въглеродния двуокис натриевият силикат се разлага по реакцията:Отделящият се при това аморфен силиций е във вид на колоиден разтвор и притежава много добри свързващи свойства. Същността на процеса на втвърдяване се заключава в изпарение на течната фаза, повишаване на концентрацията на свободния колоиден разтвор и последваща коагулация и уплътняване. Този процес може да се ускори с добавянето на натриев силикофлиорит - Na2SiF6В резултат на това значително се ускорява образуването на силициевия гел - Si(ОН)4 Това се съпровожда с бързо втвърдяване на водното стъкло.Водното стъкло се използва в строителството за получаването на киселинноустойчив цимент, за предпазването на естествените каменни материали от изветряване, за силикатни огнезащитни бои и замазки, за получаването на огнеупорни бетони (като свързващо вещество) и др.ВЛИЯНИЕ НА ВИСОКИТЕ ТЕМПЕРАТУРИ Характерна особеност на втвърденото водно стъкло е стопяване и експандирането му при загряване над 600°С. В резултат на това се образува достатъчно устойчив слой с висока порьозност и малка топлопроводност. На тези свойства водното стъкло дължи използването си за получаване на огнезащитни бои и замазки, притежаващи набъбващ (експандиращ) ефект. Експандирането на втвърдения слой от водно стъкло се дължи на дехидратацията на гела на силициевата киселина - Пожарозащитният ефект от използването на огнезащитни бои и замазки на основата на водно стъкло се определя от: вида и количеството на напълнителя (перлит, вермикулит, керамзит и др.), дебелината на слоя, сцеплението с основата, върху която се полага, плътност и еднородност на слоя и др. КИСЕЛИННОУСТОЙЧИВ ЦИМЕНТ Кисолинноустойчйвият цимент се получава при смесването на ситно смляно каменне брашно (кварцово, базалтово, андезитно шлаково и др.) с водно стъкло и натриев силикофлуорит в определени пропорции: каменно брашно - 100 т. ч., водно стъкло с плътност 1,3-1,4 25-30 т. ч. и натриев силикофлуорит - 4 - 6 т. ч. Такъв цимент притежава издръжливост на повечето от органичните и не-органичните киселини, но не издържа на флуороводородната и силикофлуроводната киселина и на основи. Не понася циклични смени на температурата. Губи якостта си във водна среда. Поради токсичността на натриевия силикофлуорит не трябва да се използва в хранителната промишленост.

Tema 12:Хидравлични добавки Хидравличните добавки са неорганични вещества, които не притежават свързващи свойства. Забъркани с вода, те не проявяват свързваща способност, но при съприкосновение с Са(ОН)2 или друга основа се свързват и втвърдяват първоначално на въздух, а след това и под вода. За доброто втвърдяване и запазване на якостта се изисква влажна среда. Имат следния състав; SiO2 - 45+80%, Аl2O3 - 6+40%, CaCO3,MgCO3 и др. Втвърдяването на хидравличните добавки се обяснява с това, че Са(ОН)2 встъпва в химично взаимодействие с активните силициеви добавки, при което се образува слаборазтворимия във вода калциев хидросиликат по реакцията:Активните хидравлични минерални добавки биват природи (естествени) н изкуствени. Към първите се отнасят: диатомити трепели, трае, вулканнчнн пясък, пепел, пемза и туфи и др. Къ", изкуствените се отнасят: ситно смляна доменна шлака, изпечени и смлени керамични материали и др. Колкото активните минерални добавки са по-ситно смлени и колкото повече съдържат калциеви силикати, алуминати и ферити толкова по-силно изразени хидравлични свойства и якост имат. Хидравлична вар и романцимент Хидравлична вар Хидравличната вар се получава при изпичане на мергелни варовици, съдържащи от 6 до 20°/ равномерно разпределена глина. При изпичането на суровинната смеспървоначално варовикът се разлага на СаO и СО2, а глинестото вещество - на аморфна смес от свободни окиси - А12О3,SiO2, и Fe2O3. При температура 1000 - 1100°С част от калциевия окис взаимодейства в твърдо състояние със SiО2, Fe2O3, и А12О3 и образува нискоосновни силикати, алуминати и фирити на калция:След изпичане хидравличната вар съдържа различни съединения, едни от които са въздушно свързващи вещества, а други - хидравлично свързващи. Колкото повече са хидравлично свързващите вещества, толкова хидравличната вар по-бързо се свързва и има по-висока якост. За втвърдяване на хидравличната вар първоначално са необходими, както и за въздушната вар, въздушно сухи условия,а след това влажни. По-високото съдържание на СаО води до увеличен престой на въздух (обикновено 7-15 денонощия). Различават се два вида хидравлична вар: слабохидравлична с хидравличен модул т = 4,5 - 9,0 и силнохидравлична с модул m=1,7 - 4,5. Якостта на натиск на слабохидравличната вар е по-голяма от 1,7 МРа, а при силнохидравличната повече от 5,0 МРа. При съхранение хидравличната вар трябва да се пази от влага. Използва се за разтвори, мазилки и др., включително и за влажни среди. Романцимент - старинен хидравлично свързващ материал. Той е разновидност на силнохидравличната вар с модул на основност не по-малко от 1,7. Получава се при изпичането на глинести (до 25%) мергели до 1000 - 1100°С, след което получената смес ситно се .смила. Романциментът почти изцяло се състои от нискоосновни калциеви силикати, алуминати и ферити. Не се "гаси" с вода, тъй като СаО е в минимални количества (по-малко от хидравличната вар). Произвеждат се няколко марки романцимент: 2,5, 5,5, 7,5, 10 МРа. И романциментът както и хидравличната вар намира ограничено приложение в съвременното строителство: за получаването на ниски марки бетони, мазилки, разтвори и др.

Tema 13: Хидравлично свързващи вещества Портландцимент - хидравлично свързващо вещество, което се получава от съвместното ситно смилане на портландциментов клинкер с необходимото количество суров гипс и активни и неактивни добавки. Гипсът се използва за регулиране срока на свързването на портландцимента, а количеството му е от 2 до 5%. Клинкерът се получава в резултат на изпичане до стопяване на суровинна смес с подходящ състав с преобладаването на калциеви силикати. Циментът е открит през 1824 г. от английския каменоделец Джозеф Асбдин. Названието "портландцимент" е дадено от Асбдин поради това, че полученият от него цимент по цвят прилича на намиращия се в околностите на местността Портланд в Южна Англия зеленикав пясъчник. Производство на портландцимент За получаването на портландцимент се използва мергели -минерали, чийто химичен състав максимално се доближава до химичния състав на портландцимента. Тъй като в природата такива минерали се срещат рядко, за целта се използват всички видове варовик и глина. Съотношението между варовика и глината се установява чрез изчисляване на необходимото количество СаСО3 и SiO2, А12O3, Fe2O3 в портландцимента. Заедно с варовика и глината се добавят и т. нар. коригиращи добавки, които съдържат един или два от необходимите окиси. Процентно тези съотношения са: CaCO3- 75 - 78%; SiO2+ А12O3+Fе2O3 = 25 - 22%. Технологията на производство на портландцимент протича в следната последователност: добиване на суровината; подготовка на суровината и добавките за изпичане; изпичане до получаване на клинкер; охлаждане на клинкера; смилане на клинкера, гипса и хидравлични добавки; отлежаване и опаковка на цимента. Подготовката на суровината се свежда до получаването на ситно смляна и добре хомогенизирана смес. Колкото сместа е по-ситно смляна, толкова по-голяма повърхност има и толкова по-бързо и по-пълно протичат химичните реакции при изпичането. Различават се два способа за приготвяне на суровинната смес -мокър и сух. По-широко разпространение е получил мокрият способ, при който смилането и смесването на суровинните материали се извършва при съдържание на влага до 50%. При сухия способ влажността на суровината е до 18%. При този способ се икономисва гориво с около 30% (q = 3400 - 4200 kJ/kg), но качеството на цимента не е така високо, както при мокрия способ (q = 6300 kJ/kg) Химически и минерален състав на портландцимснта ХИМИЧЕСКИ СЪСТАВ Химическият състав на портландцимента отразява химическия състав на изходните суровини. Главните окиси на портландцимента са: СаО - 63 66% А12O3 - 4 - 8% SiO2-21 24% Fе2O3 -2-4% Освен главните окиси в портландциментовия клинкер се съдържат и други окиси, чието количество се ограничава. Това са следните окиси: МgО от 0,5+5,0%; SО3 - 0,3-1%; Nа2О + K2O - 0,4+1; В портландцимента тези окиси не се намират поотделно, т. е. не представляват механична смес, а са съединени в минерали. Минералите се получават в процеса на изпичане на суровината при високи температури и от тяхното процентно съдържание зависи качеството на портландцимента. МИНЕРАЛЕН СЪСТАВ Основните минерали, образуващи портландциментовия клин-кер. са: алит, от 45 до 60%; минерал с кристална структура; - белит, от 15 до 45%; минерал с кристална структура;(С3A) - от 4 до 14%; минерал с изотропна стъкловидна структура; - целит, от 10 до 18%; също с изотропна структура. Освен посочените основни минерали в клинкера се съдържат още и др. В клинкера се съдържа и около 1% свободен калциев окис, чието количество се ограничава под 1%.ХАРАКТЕРИСТИКИ НА МИНЕРАЛИТЕ, ИЗГРАЖДАЩИ ПОРТ-ЛАНДЦИМЕНТА -АЛИТ - при забъркване с вода бързо се свързва и бързо се втвърдява, като циментовият камък има най-висока якост. Има средна екзотермия q = 670 kJ/kg. БЕЛИТ - антипод на алита. В сравнение с останалите клинкерни минерали най-бавно се свързва и втвърдява, но крайната му якост до една година постепенно нараства, особено във влажна среда и положителна температура. Има ниска екзотермия q = 352 kJ/kg . ЦЕЛИТ - притежава средни свойства по отношение на свързването и втвърдяването. С добавянето на Fe2O5 се получава корозионноустойчив цимент. Има средна екзотермия q = 570 kJ/kg ТРИКАЛЦИЕВ АЛУМИНАТ - минерал, който най-бързо се свързва и втвърдява, но притежава малка якост след като се втвърди. Повишената екзотермия q = 1090 kJ/kg го прави опасен при наличие на сулфатна корозия. В зависимост от минералния състав и процентното съдържание на основните клинкерни минерали циментите се делят на: нормални, алитови, белитови, целитови, алуминиеви и др. Най-широко е приложението на нормалните цименти, а останалите видове се използват при специални нужди. Втвърдяваие на портландцимента Циментовото тесто, получено при смесването на цимента с определено количество вода, има три периода на втвърдяване. Първоначално през първите 1 - 3 часа след смесването, то има пластични свойства и лесно се обработва и формува. След това настъпва период на свързване, завършващо след 5-10 часа в резултат на смесването на цимента и водата. През този период циментовото тесто постепенно се сгъстява, намалява подвижността си, по-трудно се обработва, но все още има минимална механична якост. Накрая настъпва период на втвърдяване на циментовото тесто, който се характеризира със значително повишаване на якостта. Втвърдяването на бетона при благоприятни условия може да продължи години до пълна хидратация' на цимента.

Tema 14: Физични и механични свойства на портландцимента Физични свойства СПЕЦИФИЧНА И ОБЕМНА МАСА. Обемната маса на портландцимента в свободно състояние е от 900 до 1100 kg/m3, а в стръскано от 1400 до 1700 kg/m3. Специфичната маса зависи от химичния и минерален състав, вида и количеството на добавките и се колебае от 3000 до 3200 kg/m3.СИТНОСТ НА СМИЛАНЕ. Определя се чрез пресевен анализ през сито с 4900 отвора на квадратен сантиметър. Остатъкът върху ситото не трябва да превишава 15%. За обикновения портландцимент се изисква да има специфична повърхнина, не по-малка от 2600 сm2/g. За високоякостните и бързовтвърдяващите тя се повишава и варира от 3000 до 5000 ст2/g. Ситността на смилане оказва влияние върху скоростта на свързване и втвърдяване на портландцимента. Колкото по-ситно смлян е циментът, толкова по-бързо и по-пълно е взаимодействието с водата. Чрез повишаване на ситността на смилане се увеличава и якостта на циментовия камък. ВОДОПОТРЕБНОСТ. Водопотребността изразява количеството вода, което е необходимо за получаване на циментово тесто с определен вискозитет (гъстота). Нормената или стандартната гъстота се определя с уреда на Вика. Това е гъстотата на циментовото тесто, при която подвижната част на уреда (цилиндър с диаметър 10 mm) прониква на определена дълбочина. Водопотребността, при която циментовото тесто има стандартна гъстота, е от 24 до 28%. Влияние върху водопотребността оказва видът на цимента, количеството и видът на добавките. ВРЕМЕ ЗА СВЪРЗВАНЕ. Определя се също с уреда на Вика, но цилиндърът се заменя с игла. Определянето се извършва на циментово тесто със стандартна гъстота. За начало на свързването се приема времето от смесването на цимента с вода до сгъстяване на циментовото тесто. Съгласно стандартните изисквания за начало на свързване се изисква време 1 час. Това е времето, необходимо за изготвяне, транспортиране, полагане и уплътняване на сместа. За край на свързването се приема времето от смесването на цимента с водата до момента на пълна загуба на пластичност. За край на свързването се изискват 12 часа. Времето на свързване зависи от ситността на смилане на цимента, минералния състав, количеството и вида на добавките, водопотребността на цимента. С повишаване на температурата свързването се ускорява и обратно, с понижаване на температурата то се забавя. Използването на специални добавки - нитрати на Са, Ма, Аl и др. също може да забави свързването, НС1, FеС13, NaСО3 ускоряват свързването. ОБЕМНО ПОСТОЯНСТВО. Обемното постоянство е важно свойство и изразява запазването на обема на циментовия камък при втвърдяване. От него зависят якостта и целостта на циментовия камък и бетона. Обемното постоянство се определя на циментови питки със стандартна гъстота и определени размери. Изпитването се извършва по три начина - чрез варене, чрез отлежаване под вода и автоклавиране. Промени в обема на циментовия камък при втвърдяване оказват повишеното съдържание на свободен СаО (над 1%); повишеното съдържание на МgO (над 5%); повишеното съдържание на гипс (СаSO4 . 0,5 Н2О).ЕКЗОТЕРМИЯ НА ЦИМЕНТА. Екзотермията представлява количеството топлина (kJ/kg), което се отделя при свързването и втвърдяването на циментовото тесто. Определя се с помощта на специален уред - калориметър. Топлоотдаването е най-бурно в първите часове и след около 20 - 24 часа бързо намалява. Екзотермията зависи от вида на цимента (глиноземния цимент има по-голяма екзотермия от портландцимента, а портландцимента по-голяма от шлакопортландцимента), от минералния състав, количеството на добавките и др. Топлоотдаването играе положителна роля при зимното бетониране, докато при повишени температури води до съсъхване и напукване на бетона. Механични свойства За определяне механичните свойства на портландцимента се извършват изследвания на специални машини. При изследванията се определят якостта на натиск и якостта на сгъване. Пробните тела са с размери 40Х40Х160 mm и са изготвени от цименто-пясъчен разтвор в съотношение 1:3 и водоциментово отношение 0,5. Изпитването се провежда на 28 ден - първо на огъване (с апарата на Михаелис) с 3 пробни образци, а след това получените 6 половинки на натиск. Получената якост на натиск се нарича активност на цимента и служи за определяне на марката. Почти винаги получената експериментално якост (активност) се различава от марката на цимента. Якостта трябва да бъде по-голяма или равна на марката на цимента. Марката на цимента е кръгло число - 25, 35, 45, 55 и фактически изразява минималната якост на натиск (МРа), която пробните образци трябва да имат на 28-я ден.

Tema 15: Механични свойства За определяне механичните свойства на портландцимента се извършват изследвания на специални машини. При изследванията се определят якостта на натиск и якостта на сгъване. Пробните тела са с размери 40Х40Х160 mm и са изготвени от цименто-пясъчен разтвор в съотношение 1:3 и водоциментово отношение 0,5. Изпитването се провежда на 28 ден - първо на огъване (с апарата на Михаелис) с 3 пробни образци, а след това получените 6 половинки на натиск. Получената якост на натиск се нарича активност на цимента и служи за определяне на марката. Почти винаги получената експериментално якост (активност) се различава от марката на цимента. Якостта трябва да бъде по-голяма или равна на марката на цимента. Марката на цимента е кръгло число - 25, 35, 45, 55 и фактически изразява минималната якост на натиск (МРа), която пробните образци трябва да имат на 28-я ден. Влияние на, високите температури върху циментовия камък За изясняване същността на физико-химичните процеси, протичащи при нагряване на циментовия камък, е необходимо да се разгледа влиянието на високите температури както върху отделните клинкерни минерали на втвърдения портландцимент, така и на циментовия камък като цяло. АЛИТ (C3S) - при загряване на продуктите от хидратацията на алита до температура 500°С се отделя водата от калциевия хидроокис; при температура 900 - 950°С се разлага СаСО3 образувал се вследствие карбонизацията на Са(ОН)2 във въздуха. Нагряването оказва влияние и върху якостта на С3S. При нагряване до 200°С якостта му се повишава от ускорения процес на хидратация, кристализация на основата и обезводняване на хидратиралия двукалциев силикат. При по-високи температури от 300 до 500°С неразложените клинкерни зърна се разширяват, а гелът на калциевата основа се свива. В резултат на това възникват вътрешни напрежения, които намаляват якостта. Поради това в този интервал якостта се намалява. Бързо намаляване на якостта се наблюдава в температурния интервал 550 - 580°С. То е свързано с интензивното разпадане (разлагане) на калциевия хидроокис, при което се наблюдава образуването на пукнатини. Образувалият се СаО при охлаждане с вода или при държане във влажна среда се гаси. Това е съпроводено със значително увеличаване на обема му и разрушаване на циментовия камък. БЕЛИТ (С2S) - белитът не съдържа свободен калциев окис, а следователно и калциева основа и реагира по-различно от алита. При температура 200 - 300°С якостта на пробни образци от белит се увеличава почти със 100% в сравнение с първоначалната. Това се дължи на ускорената хидратация на белита и обезводняването му, съпровождащо се с уплътняване и заякчаване. При това става не само силно уплътняване на гела, но и Оптичната му кристализация. При температура по-висока от 300°С якостта започва да намалява. Гелът вследствие на обезводняването се свива, а нехидратиралите белитови зърна се разширяват. В резултат възникват вътрешни напрежения, съпровождащи се с намаляване на якостта. Пробните образци от белит имат минимална якост при температура около 760°С - 50% от началната, което се обяснява с частичното превръщане а на дву-калциевия силикат в друга модификация -  двукалциев силикат. При по-нататъшното повишаване на температурата якостта започва да се повишава и при 820°С е около 67% от началната, а при 1200°С нараства около 5 пъти за сметка на уплътняването, т. е. намаляването на обема до 68% от началния. ТРИКАЛЦИЕВ АЛУМИНАТ (С3А) - при температура 260 - 340°С се отделя хи мически свързаната вода на хидратиралия трикалциев алуминат. При температура 550 - 600°С става термичното разлагане на обезводнения алуминат на СаО и 5 СаО . ЗА12O3 Нагряването на С3А до 230oС се съпровожда с увеличаване на якостта с около 40%. По-нататъшното увеличаване на температурата до 330°С предизвиква значително намаляване на якостта (около 2 пъти), обясняващо се със започване на процеса на обезводняване на С3A. При нагряване до 590°С С3A напълно се разлага, като се разрушава и кристалната структура. По-нататъшното загряване води до уплътняване на обезводнения алуминат и повишаване на якостта, която при температура 1200°С достига до около 180°С от началната. ЦЕЛИТ (С4AF) - при хидратацията на четирикалциевия алумоферит се образуват калциеви хидроферити и хидроалуминати. Поради това изменението на якостта на С4AF с аналогично на това на С3A. При 300°С якостта на четирикалциевия хидроферит се повишава незначително, тъй като якостта на калциевия хидроферит се повишава, а якостта на трикалциевия хидроалуминат се понижава на линейните температурни деформации: при 80°С става разширение, след това свиване, при 180 - 300°С отново се разширява и накрая в температурния интервал 300 - 450°С протича интензивно свиване. Влиянието на високите температури върху циментовия камък като цяло отразяват в съвкупност процесите, протичащи принагряване на всеки от минералите, влизащи в състава на портландциментовия клинкер. При това е установено, че изменението на минералния състав на портландциментовия клинкер в обикновено практикуващите, не особено широки граници не се отразява върху температурните зависимости на циментовия камък. При загряване до 200 - 300°С якостта на натиск малко се увеличава за сметка на уплътняването на структурата вследствие отделянето на водата от гелното вещество и усилената кристализация. За този период се наблюдава и слабо увеличаване на обема - до 150 - 160°С, след което следва свиване и при температура 260 - 300°С образецът приема първоначалните си размери. При загряване над 300°С започва нарушаване на структурата, тъй като деформациите на гелното вещество и неразложените клинкерни зърна са с различни знаци. Поради тази причина якостта на циментовия камък се намалява. Значително намаляване на якостта се наблюдава при загряване до 550 - 600°С. При тази температура нарушаването на структурата се усилва от дехидратацията на Са(ОН)2 и термичното разлагане на свободния алуминат. И накрая най-голямо нарушение на структурата, съпроводено с намаляване на якостта на циментовия камък, се наблюдава при нагряване над 900°С, когато се извършва дисоциация на СаСО3 образувал се по повърхността на циментовия камък. Последвалото (след загряване до 600 - 900°С) съхраняване на опитния образец във въздушна среда се съпровожда с вторично гасене на СаО и пълна загуба на якост. Най-голямо влияние върху якостта на портландциментовия камък оказва температурата, докато продължителността на нагряването не оказва съществено влияние. Установено е, че якостта на натиск се намалява в продължение на първите 4 часа от нагряването, а понататъшното нагряване не оказва значително влияние.



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Свойства на материалите 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.