Строительные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

на тему: Строительные материалы

Строительные материалы -- материалы для возведения и ремонта зданий и сооружений.

Наряду со «старыми» материалами, такими как древесина, камень и кирпич, с началом промышленной революции появились новые стройматериалы -- бетон, сталь, стекло и пластмасса. В настоящее время широко используют предварительно напряжённый железобетон и металлопластик. стекло термический аморфный

Классификация

Строительные материалы и изделия, в соответствии с теорией ИСК, делятся на:

Природные (естественные) -- без изменения состава и внутреннего строения:

· неорганические (каменные материалы и изделия);

· органические (древесные материалы, солома, костра, камыш, лузга, шерсть, коллаген).

· Искусственные:

· Безобжиговые (твердение при нормальных условиях) и автоклавные (твердение при температуре 175--200 °C и давлении водяного пара 0,9-1,6 МПа):

· неорганические (клинкерные и клинкеросодержащие цементы, гипсовые, магнезиальные и др.);

· органические (битумные и дектевые вяжущие вещества, эмульсии, пасты);

· полимерные (термопластичные и термореактивные);

· комплексные:

· смешанные (смешения нескольких видов минеральных веществ);

· компаундированные (смеси и сплавы органических материалов);

· комбинированные (объединение минерального с органическим или полимерным).

· Обжиговые -- твердение из огненных расплавов:

· шлаковые (по химической основности шлака);

· керамические (по характеру и разновидности глины и др. компонентов);

· стекломассовых (по показателю щелочности шихты);

· каменное литье (по виду горной породы);

· комплексное (по виду соединяемых компонентов, например: шлакокерамические, стеклошлаковые).

Свойства. Материалы и изделия должны обладать хорошими свойствами и качествами.

Свойство -- характеристика материала, проявляющаяся в процессе его обработки, применении или эксплуатации.

Качество -- совокупность свойств материала, обуславливающих его способность удовлетворять определённым требованиям в соответствии с его назначением.

Свойства строительных материалов и изделий классифицируют на четыре основные группы: физические, механические, химические, технологические и др.

К химическим относят способность материалов сопротивляться действию химически агрессивной среды, вызывающие в них обменные реакции приводящие к разрушению материалов, изменению своих первоначальных свойств: растворимость, коррозионная стойкость, стойкость против гниения, твердение.

Физические свойства: средняя, насыпная, истинная и относительная плотность; пористость, влажность, влагоотдача, теплопроводность.

Механические свойства: пределы прочности при сжатии, растяжении, изгибе, сдвиге, упругость, пластичность, жёсткость, твёрдость.

Технологические свойства: удобоукладываемость, теплоустойчивость, плавление, скорость затвердевания и высыхания.

Стекло. Основу научного подхода к исследованию и варке стёкол положил Михаил Васильевич Ломоносов. Учёным были проведены первые технологически систематизированные варки более 4 тысяч стёкол.

Стекло -- переохлаждённый расплав сложного состава из смеси силикатов и других веществ. Отформованные стеклянные изделия подвергают специальной термической обработки -- отжигу.

Оконное стекло выпускают в листах размером до 3210Ч6000 мм. Стекло в соответствии с его оптическими искажениями и нормируемыми пороками подразделяют на марки М0-М7.

По толщине стекло делят на:

· одинарное (толщиной 2 мм)

· полуторное (2,5 мм)

· двойное (3 мм)

· утолщённое (4-10 мм).

Витринное стекло выпускают полированным и неполированным в виде плоских листов толщиной 2-12 мм. Применяют его для остекления витрин и проёмов. В дальнейшем листы стекла можно подвергать дальнейшей обработке: гнуть, закалять, наносить покрытия.

Стекло листовое высокоотражающее -- это обычное оконное стекло, на поверхность которого нанесена тонкая полупрозрачная отражающая свет плёнка, изготовленная на основе окиси титана. Стекло с плёнкой отражает до 40 % падающего света, светопропускание 50-50 %. Стекло уменьшает просмотр с наружной стороны и снижает проникание внутрь помещения солнечной радиации.

Стекло листовое радиозащитное -- это обычное оконное стекло, на поверхность которого нанесена тонкая прозрачная экранирующая плёнка. Экранирующую плёнку наносят на стекло в процессе его формирования на машинах. Светопропускание не ниже 70 %.

Армированное стекло -- изготавливают на поточных линиях методом непрерывного проката с одновременным закатыванием внутрь листа металлической сетки. Это стекло имеет гладкую, узорчатую поверхность, может быть бесцветным или цветным.

Стекло теплопоглощающее обладает способностью поглощать инфракрасные лучи солнечного спектра. Оно предназначено для остекления оконных проёмов с целью уменьшения проникания солнечной радиации внутрь помещений. Это стекло пропускает лучи видимого света не менее чем на 65 %, инфракрасных лучей не более 35 %.

Стеклянные трубы изготавливают из обычного прозрачного стекла способом вертикального или горизонтального вытягивания. Длина труб -- 1000-3000 мм, внутренний диаметр -- 38-200 мм. Трубы выдерживают гидравлическое давление до 2 МПа.

Ситаллы получают путём введения в расплавленную стеклянную массу специального состава катализаторов кристаллизации. Из такого расплава формируют изделия, затем их охлаждают, в результате расплавленная масса превращается в стекло. При последующей тепловой обработке стекла происходит его полная или частичная кристаллизация -- образуется ситолл. Он имеет большую прочность, малую среднюю плотность, высокую износостойкость. Применяется при облицовке наружных или внутренних стен, изготовлении труб, плит для полов.

Стемалит представляет листовое стекло различной фактуры, покрытое с одной стороны глухими керамическими кристаллами разного цвета. Изготавливают его из неполированного витринного или прокатного стекла толщиной 6-12 мм. Применяют его для наружной и внутренней облицовки зданий, изготовления стеновых панелей.

Строение стёкол

Термин «строение стекла» подразумевает описание двух тесно связанных, но рассматриваемых зачастую независимо аспектов -- геометрии взаимного расположения атомов и ионов, составляющих стекло и характера химических связей между образующими его частицами. Как уже было отмечено, структура стекла соответствует структуре жидкости в интервале стеклования. Этим определяется то, что вопросы строения стеклообразующих расплавов и стёкол самым тесным образом связаны друг с другом. Любое достижение в исследовании строения жидкостей и расплавов создаёт дополнительные возможности развития учения о строении стекла и наоборот.

Развитие представления о строении стекла проходит через гипотезы, объясняющие эксперименты, -- к теориям, оформляющимся математически, и предполагающим количественную проверку в эксперименте. Таким образом понимание строения стеклообразных веществ (и частично -- жидких) обусловлено совершенством методов исследования и математического аппарата, техническими возможностями. Выводы же позволяют в дальнейшем, совершенствуя методологию, развивать теорию строения стекла и подобных ему аморфных веществ

Стеклообразное состояние

Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому стёкла обычно длительное время сохраняют аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят в стеклообразное состояние при температурах ниже температуры стеклования Tg (при температурах свыше Tg аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии).

Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без кристаллизации. Практически любое вещество из расплавленного состояния может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как то -- отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 105--106 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки.

Тогда как значение свойства жидкости (и стабильной, и метастабильной) обусловлено лишь её составом, температурой и давлением, значение свойства неравновесной жидкости или стеклообразного вещества зависит ещё и от структурного состояния. В данном случае заманчиво описывать структуру произвольной жидкости единым параметром. Вследствие того весьма широкое применение у специалистов в области стекла получил предложенный А. Тулом способ описания структурного состояния стеклообразного вещества посредством характеристики так называемой структурной температуры Tf (fictive temperature), то есть такой, при которой исследуемое стекло с заданной структурой находится в равновесном состоянии. Впоследствии выявилась практическая невозможность описания стеклообразного состояния одной величиной структурной температуры и необходимость применения целого спектра таких температур. В настоящее время наряду с релаксационной трактовкой стеклование аморфных веществ объясняется формированием при охлаждении достаточного количества межатомных связей, придающего веществу твердотельные свойства, причём выявлено не только изменение Хаусдорфовой размерности системы связей от фрактальной к трехмерной, но также формирование фрактальных структур при стекловании

Вязкость аморфных веществ -- непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ

Стёкла, в частности благодаря полимерному строению обладают способностью к гетерогенности. Полимерность стёкол в стеклообразном состоянии придаёт им индивидуальные качества, определяющие, в зависимости от характера этих структурных образований, степень прозрачности и других свойств стёкол. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства.

Улучшение свойств стекла

Основной недостаток обычных стёкол -- хрупкость. Для того, чтобы расширить сферу применения стекла, его подвергают закалке (сталинит), создают многослойные композиты (триплекс) и упрочняют методом низкотемпературной ионообменной диффузии. Армирование, вопреки распространённому мнению, ослабляет стекло, делает его более хрупким по сравнению с таким же монолитным стеклом.

Виды стёкол

В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стёкла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2.

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула -- SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения (см. выше --кластофульгуриты), образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).

Кварцевое стекло характеризуется весьма малым коэффициентом температурного расширения и потому его иногда используют в качестве материала для деталей точной механики, размеры которых не должны меняться при изменении температуры. Примером служит использование кварцевого стекла в точных маятниковых часах.

Оптическое стекло -- применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

Химико-лабораторное стекло -- стекло, обладающее высокой химической и термической устойчивостью.

Основные промышленные виды стекла

В качестве главной составной части в стекле содержится 70--75 % двуокиси кремния (SiO2), получаемой из кварцевого песка при условии соответствующей грануляции и свободы от всяких загрязнений. Венецианцы для этого применяли чистый песок из реки По или даже завозили его из Истрии, тогда как богемские стеклоделы получали песок из чистого кварца.

Второй компонент -- окись кальция (CaO) -- делает стекло химически стойким и усиливает его блеск. На стекло она идёт в виде извести. Древние египтяне получали её из щебня морских раковин, а в Средние века она приготовлялась из золы деревьев или морских водорослей, так как известняк в качестве сырья для приготовления стекла был ещё не известен. Первым подмешивать к стеклянной массе мел, как тогда назывался известняк, стали богемские стеклоделы в XVII веке.

Следующей составной частью стекла являются оксиды щелочных металлов -- натрия (Na2O) или калия (K2O), нужные для плавки и выделки стекла. Их доля составляет примерно 16--17 %. На стекло они идут в виде соды (Na2CO3) или поташа (K2CO3), которые при высокой температуре легко разлагаются на окиси. Соду сначала получали выщелачиванием золы морских водорослей, а в местности, удалённой от моря, применяли содержащий калий поташ, получая его выщелачиванием золы буковых или хвойных деревьев.

Различаются три главных вида стекла:

· Содово-известковое стекло (1Na2O : 1CaO : 6SiO2)

· Калийно-известковое стекло (1K2O : 1CaO : 6SiO2)

· Калийно-свинцовое стекло (1K2O : 1PbO : 6SiO2)

Кальциево-натриевое стекло

«Содовое стекло» можно с лёгкостью плавить, оно мягкое и потому легко поддаётся обработке, а кроме того, чистое и светлое.

«Поташное стекло», в отличие от натриевого, более тугоплавкое, твёрдое и не такое пластичное и способное к формовке, но обладает сильным блеском. Оттого что раньше его получали непосредственно из золы, в которой много железа, стекло было зеленоватого цвета, и в XVI веке для его обесцвечивания начали применять перекись марганца. А так как именно лес давал сырьё для изготовления этого стекла, его называли ещё лесным стеклом. На килограмм поташа шла тонна древесины.

Свинцовое стекло

Свинцовое стекло (или «хрусталь») получается заменой окиси кальция окисью свинца. Оно довольно мягкое и плавкое, но весьма тяжёлое, отличается сильным блеском и высоким показателем преломления, разлагая световые лучи на все цвета радуги и вызывая игру света.

Боросиликатное стекло

Включение оксида бора вместо щелочных составляющих шихты придаёт этому стеклу свойства тугоплавкости, стойкости к резким температурным скачкам и агрессивным средам. Изменение состава и ряд технологических особенностей, в свою очередь, сказывается на себестоимости -- оно дороже обычного силикатного.

Пористое стекло

Воздействие воды и растворов кислот на силикатные стёкла выражается образованием на их поверхности тонкой плёнки пористого строения -- об этом было известно давно. В определённой области тройной диаграммы лежат составы малоустойчивых щелочно-боросиликатных стёкол, такое воздействие на которые (в особенности -- растворов кислот) результатом может иметь образование насквозь пористых продуктов -- так называемых пористых стёкол. В этом случае в раствор переходит пребывавший в составе исходного материала практически весь щелочной оксид, весомая часть борного ангидрида, а пористый продукт реакции будет на 93--96 % состоять из кремнезёма и при определённых условиях сохранит внешние качества исходного стеклянного материала: блестящую полированную поверхность и форму.

Получение пористых стёкол значительных размеров и толщины возможно только из стекла некоторых определённых составов. Пористые стёкла по объёму, соответствующему исходному -- сравнительно небольшие, образуются из щелочно-боросиликатных стёкол, входящих в стёкла более сложного состава, и из двухкомпонентных боросиликатных стёкол, содержащих от 60 % SiO2.

Первые исследования пористых стёкол и их структуры относятся к началу 1930-х годов. Одной из первых публикаций, посвящённых настоящей теме, явилась работа 1931 года И. В. Гребенщикова и Т. А. Фаворской[33]. Особую интенсивность изучение свойств щелочно-боросиликатных стёкол и получаемых из них пористых стёкол И. В. Гребенщиковым и его сотрудниками приобрело с 1940 года.

Тогда и в последующих исследованиях было получено представление о том, что пористые стёкла, обладая некоторыми общими характерными особенностями, одновременно демонстрируют большое разнообразие структур, находящееся в зависимости от условий их образования, термической истории исходного стекла и его состава.

В дальнейшем многими исследователями были получены материалы данной категории разнообразной структуры, чрезвычайно широкого диапазона обусловленных ею свойств, имеющие очень большую сферу применения.

Прозрачное стекло

Рецептура прозрачного стекла была известна ещё в древности, о чём свидетельствуют античные флаконы и бальзамарии, в том числе и цветные,-- на помпейских фресках мы видим совершенно прозрачную посуду с фруктами. Но вплоть до Средневековья, когда огромное распространение получают витражи, не приходится встречать образцов стеклоделия, выраженно обладающих этими свойствами.

Оптическое стекло

К оптическому стеклу предъявляют особые технические требования, первое из которых -- однородность, оцениваемая до сих пор на основании экспертного анализа по степени и количеству находящихся в нём свилей и прозрачности в заданном диапазоне спектра.

Наличие у государства собственного производства оптического стекла является показателем уровня его научно-технического развития.

В зависимости от значений показателя преломления и коэффициента дисперсии (или средней дисперсии) оптические стёкла делятся на различные типы. ГОСТ 3514-94 устанавливает следующие типы оптических стёкол:

* Лёгкие кроны (ЛК)

* Фосфатные кроны (ФК)

* Тяжёлые фосфатные кроны (ТФК)

* Кроны (К)

* Баритовые кроны (БК)

* Тяжёлые кроны (ТК)

* Сверхтяжёлые кроны (СТК)

* Особые кроны (ОК)

* Кронфлинты (КФ)

* Баритовые флинты (БФ)

* Тяжёлые баритовые флинты (ТБФ)

* Лёгкие флинты (ЛФ)

* Флинты (Ф)

* Тяжёлые флинты (ТФ)

* Сверхтяжёлые флинты (СТФ)

* Особые флинты (ОФ)

В каждый из типов входит несколько марок стёкол, в общей сложности их количество составляет 180.

Цветное стекло

Обычная стеклянная масса после остывания имеет желтовато-зелёный или голубовато-зелёный оттенок. Стеклу можно придать окраску, если в состав шихты произвести включение, например, тех или иных оксидов металлов, которые в процессе варки изменят его структуру, что после остывания, в свою очередь, заставляет стёкла выделять определённые цвета из спектра проходящего сквозь них света. Железистые соединения окрашивают стекло в цвета -- от голубовато-зелёных и жёлтых до красно-бурых, окись марганца -- от жёлтых и коричневых до фиолетовых, окись хрома -- в травянисто-зелёный, окись урана -- в желтовато-зелёный (урановое стекло), окись кобальта -- в синий (кобальтовое стекло), окись никеля -- от фиолетового до серо-коричневого, окись сурьмы или сульфид натрия -- в жёлтый (в самый же красивый жёлтый окрашивает, однако, коллоидное серебро), окись меди -- в красный (так называемый медный рубин в отличие от золотого рубина, получаемого прибавкой коллоидного золота). Костяное стекло получается замутнением стекломассы пережжённой костью, а молочное -- прибавкой смеси полевого и плавикового шпата. Теми же прибавками, замутив стекломассу в очень слабой степени, получают опаловое стекло. Окрашенные стёкла, помимо других областей применения, используют в качестве цветных светофильтров.

Смарт-стекло

Смарт-стекло -- класс стекольных материалов. Представляет собой композит из слоев стекла и различных химических материалов, используемый в архитектуре и производстве светопрозрачных конструкций (окон, перегородок, дверей и т. п.), изменяющий свои оптические свойства (матовость, коэффициент пропускания, коэффициент поглощения тепла и т. д.) при изменении внешних условий, например, освещенности или температуры или при подаче электрического напряжения.

Стекловолокно и стеклоткань

Из обычного стекла можно получить тонкие весьма гибкие нити, пригодные для изготовления ткани. В современной технике стекловолокно из специальных марок стекла наиболее широко используется в волоконной оптике, для изготовления композиционных (фиберглас), электроизолирующих (напр. стеклолента, стеклотекстолит) и теплоизолирующих (стекловата) материалов.

Осветленное стекло

Специально разработанное флоат-стекло, не имеющее никаких оттенков, присущих стандартным «бесцветным» стеклам. Осветленное стекло имеет лучшие характеристики по сравнению с обычным флоат-стеклом, в том числе - повышенное светопропускание, а также более высокий коэффициент пропускания солнечной энергии.

Красители, глушители

В производстве стекла большое значение имеют красители, которые не только влияют на цвет готовой продукции, но и меняют, ускоряют ход физико-химических реакций при варке стекломассы.

Размещено на Allbest.ru