1. Осадочные горные породы. Общая характеристика
Излившиеся (эффузийные) горные породы образовались при остывании магмы, излившейся на поверхность земной коры. Структура излившихся пород может быть полукристаллической, зернистой и стекловатой. Излившиеся породы имеют химический и минералогический составы такие же, как и глубинные, обладают примерно теми же физико-механическими свойствами, но отличаются мелкокристаллической (до стекловатой) структурой.
Кварцевый порфир — аналог гранита — имеет стекловатую структуру с вкраплением крупных зерен кристаллов кварца. При выветривании эти зерна могут выпадать из основной массы горной породы. Плотность 2400...2600 кг/м3, предел прочности при сжатии 130...180 МПа. Используют его в виде щебня или штучного камня. Наряду с кварцевым порфиром существует бескварцевый порфир (аналог сиенитов), в котором кварц отсутствует.
Излившиеся плотные
Трахит — горная порода, по химико-минералогическому составу сходная с порфиром, но образовавшаяся в более поздние геологические периоды. Трахит отличается высокой пористостью и относительно низким пределом прочности при сжатии — 60... 70 МПа.
Диабаз — аналог габбро — состоит из плагиоклаза и авгита и имеет в своем составе примеси кварца и роговой обманки. Плотность 2800...3000 кг/м3, предел прочности при сжатии 200... 300 МПа, цвет темно-серый. Диабаз хорошо полируется. Применяют его в виде щебня, штучных камней, плит, брусчатки, в качестве облицовочного материала. Из расплавленного диабаза при температуре 1200... 1350 °С отливают различные изделия. Плавленый диабаз стоек к кислотам и щелочам, обладает высокими диэлектрическими свойствами. Прочность плавленого диабаза составляет около 500 МПа.
Базальт по химическому и минералогическому составу является аналогом габбро. Имеет темный цвет, скрытокристаллическую структуру с некоторым количеством вулканического стекла и состоит из плагиоклаза и авгита. Плотность 2700... 3300 кг/м3, предел прочности при сжатии 100... 150 МПа. Высокая твердость и прочность базальтов позволяет использовать их в качестве материалов для дорожных покрытий. Применяют базальт как сырье для изготовления каменного литья.
Порфирит и андезит — аналоги диорита. Порфирит — более старая, а андезит — более молодая горные породы; цвет их серый, серовато- и желтовато-зеленый. Плотность 2200... 2800 кг/м3, предел прочности при сжатии 60...240 МПа. Порфириты применяют в качестве облицовочного материала, щебня и дорожной брусчатки, а андезит (как кислотостойкий материал) — в качестве заполнителя в кислотоупорных бетонах, а также для специальных облицовок.
Излившиеся пористые
Обломочные породы делят на рыхлые (пемза, вулканические пеплы и др.) и цементированные (вулканический туф).
Пемза образовалась при быстром остывании магмы и интенсивном выделении из нее газов, вспучивающих массу. Последующее быстрое остывание вспученных кусков магмы приводит к образованию стекловидной пористой породы. Цвет пемзы серый, черный и иногда белый. Пемза состоит из кремнезема SiO2 (до 70%) и глинозема А12О3 (до 15%). Залегает пемза в виде обломков размеров 5...50 мм в диаметре, выброшенных во время извержения вулканов. Плотность пемзы в куске 400... 1400 кг/м3, пористость до 80 %, предел прочности при сжатии 0,4...2,0 МПа, твердость 6. Используют пемзу как щебень для легких бетонов, в качестве теплоизоляционного материала, а также как активную минеральную добавку к извести и цементам.
Вулканический пепел встречается в виде порошка от серого до черного, цвета. Применяют для получения легких растворов и бетонов, а также в качестве активной минеральной добавки к вяжущим веществам.
Вулканические туфы — сцементированная туфовая лава, образованная при перемешивании во время извержений к жидкой лаве пепла и песка. В результате быстрого охлаждения туфы имеют стекловидное строение. Типичным представителем вулканического туфа является артикский туф (по наименованию месторождения, расположенного близ г. Артик в Армении). Плотность туфа в куске 1250...1350 кг/м3, пористость 40...70%, предел прочности при сжатии 8... 19 МПа и выше, теплопроводность 0,21...0,33 Вт/(м-°С). Цвет розовато-фиолетовый. Применяют туф в качестве песка или щебня для легких бетонов и растворов, крупных стеновых блоков, а также активной добавки к воздушной извести или цементу. Высокие декоративные качества и морозостойкость позволяют широко применять туф в качестве облицовочного материала для фасадов зданий.
2. Стеновые и кровельные керамические материалы
Основная область применения керамики в строительстве — материалы для ограждающих конструкций: стеновые (кирпич и керамические камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.
Стеновые материалы — это кирпич и камни (последние отличаются от кирпича большими размерами).
Кирпич керамический обыкновенный. В соответствии с действующими стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250 х 120 х 65 мм; реже производится утолщенный — 250 х 120 х х 88 мм и модульный — 288 х 138 х 65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессования также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).
Плотность обыкновенного полнотелого керамического кирпича — 1600… 1800 кг/м ; пористость — 28…35 %; водопоглощение не менее 8.
Основная характеристика качества кирпича — марка по прочности, определяемая по результатам испытания кирпича на сжатие и изгиб. Установлено 8 марок: от 75 до 300.
Обыкновенный керамический кирпич благодаря достаточно высоким показателям физико-механических свойств и долговечности широко применяют в современном строительстве для кладки наружных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.
Кирпич полусухого прессования нельзя применять для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.
На складах кирпич хранят в штабелях высотой до 1,6 м, уложенным на ребро.
Пустотелый кирпич и керамические камни. У обыкновенного керамического кирпича есть два существенных недостатка: относительно высокая плотность (1600… 1800 кг/м3) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича, и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе России традиционная толщина стен 51 и 64 см) и их большую массу.
Пустотелыми считаются кирпич и камни, объем пустот которых более 13 %. Форма и размер пустот могут быть различными. Расположение пустот преимущественно вертикальное, но допустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенными пустотами.
Керамическими камнями называют штучные стеновые изделия размером от 250 х 120 х 138 мм (сдвоенный по высоте кирпич) и до укрупненных камней 510 х 260 х 219 мм для кладки стен в «один камень». Применение керамических камней позволяет значительно ускорить кладочные работы.
Прочностные свойства (марки) и морозостойкость пустотелых кирпича и камней такие же, как у обыкновенного керамического кирпича.
Пустотелый кирпич и камни нельзя использовать для кладки фундаментов, подвалов, цоколей и других частей зданий, где они могут контактировать с водой. Замерзание воды, попавшей в пустоты кирпича или камней, сразу приводит к их разрушению.
Кровельные керамические материалы — черепица и керамический сланец ардогрес.
Керамическая черепица — старейший искусственный кровельный материал, применявшийся с давних пор практически во всех странах мира. Особенное распространение получила черепица в европейских странах, Японии, Китае; при этом форма и цвет черепицы у разных народов были различными.
Сырьем для черепицы служат кирпичные глины, только качество их подготовки должно быть выше. Ленточную черепицу формуют на таких же прессах, как кирпич. Штампованную прессуют поштучно. В остальном технология черепицы аналогична технологии кирпича.
Черепичная кровля декоративна и очень долговечна. Недостатки ее — большой вес и трудоемкость устройства. Черепица требует мощной стропильной системы; рекомендуемый угол наклона кровли 30…45° (для желобчатой, укладываемой на растворе, — 15°).
В конце XX в. появился новый вид керамического кровельного материала, имитирующего кровельные плитки из природного сланца и получившего название ардогрес (от итал. ardois — сланец и gres — каменная керамика). Ардогрес представляет собой плоские тонкие (9,5 мм) плитки размером 40 х 40 см и 20 х 40 см. Цвет плиток темно-серый и коричневый; они окрашены в массе и не выцветают на солнце.
Плитки ардогрес получают по технологии керамогранита прессованием из почти сухой керамической массы и последующим обжигом до полного спекания. Благодаря этому получается прочный материал с чрезвычайно низким водопоглощением (менее 0,5 %), что гарантирует высокую морозостойкость и долговечность.
Монтаж кровли из плиток ардогрес очень прост: они навешиваются с помощью шурупов, устанавливаемых на обрешетке и продеваемых в отверстия, имеющие форму замочной скважины, находящейся в верхней части плиты.
3. Производство деталей из керамики
Основными этапами изготовления деталей из керамики являются:
– химический анализ и подготовка исходного керамического сырья;
– тонкий помол и смешивание компонентов;
– формование заготовки изделия;
– механическая обработка необожженных заготовок;
– сушка заготовок;
– обжиг (предварительный и окончательный);
– глазурование;
Химический анализ и подготовка керамического сырья
От качества исходных компонентов существенно зависят свойства керамики и их воспроизводимость. Поэтому необходимо тщательно контролировать и регулировать физико-химические свойства используемых материалов. Однородные по составу сырьевые материалы получить трудно. Поэтому в процессе контроля устанавливается содержание различных примесей, которые не должны превышать установленного предела. После этого следует очистка сырья от различных загрязнение, железистых включений и других примесей. Органические примеси удаляются с помощью предварительного обжига.