logo
UMKD

Классификация стеклянных материалов.

Оконное стекло- безцветное с гладкими поверхностями. Листы от 250Х250 до 1600Х2200 толщиной 2-6 мм.

Витринное стекло- крупногабаритное, полированное размерами 1700Х1250, наибольшее 3500Х6000, толщиной 5,5х10 мм.

Стеклопакеты - получают соединением по контуру двух или более листов стекла. Между листами образуется герметичная замкнутая прослойка заполненная разряженным воздухом или другим газом. Стеклопакеты бывают клееные, спаянные и сварные. Площадь остекления до 5 м2 остекление окна, дверей. С применением закаленного стекла- витрин. Расстояние между стеклами- 15-20 мм.

Многослойное стекло - триплекс изготавливают из 2-х и более слоев

оконного, витринного стекол, склеивая их по всех площади прозрачными пленками из органических полимеров и материалов. Обычно- 2 слоя и 3-я пленка. Пленка увеличивает сопротивление внешним воздействиям. Осколки не разлетаются, а остаются приклеенными к пленке.

Стемалит - листы плоского стекла внутренняя сторона которых окрашена керамической краской. Листы подвергают термообработке. Происходит закалка стекла и закрепление краски. Размеры листов 400х900 до 1200х2400. толщина 5-7,5 мм.

Смальта - куски цветного стекла неправильной формы, используется для изготовления мозаичного панно.

Пеностекло - высокопористый материал (пористость до 94%) получают спеканием порошка стеклянного боя с газообразователями. Используются

в виде плит, блоков - как теплоизоляционный материал.

Строительные материалы из стеклянных волокон. Стекловолокнгистые материалы выпускаются в виде плит и многослойных холстов. Применяется для теплоизоляции ограждающих конструкций жилых, общественных и производственных зданий. Многослойные холсты- имеют толщину 50-100мм из супертонкого волокна толщиной 50-100 мм и является эффективным звукоизоляционным материалом. Стеклохолсты используются для армирования пластмасс.

Жидкое стекло – коллоидный раствор силиката натрия или калия, применяется для обработки древесины. Повышает долговечность красителя, влагостойкость и другие свойства материалов. Добавляют в растворы, бетоны, готовя на их основе газобетон.

Ситаллы и шлакоситаллы. Изготавливают ситаллы из отходов стекольной промышленности, из шлаков черной и цветной металлургии с добавками катализаторов. Катализаторами служат фтор, марганец, сульфиты железа. Ситаллы представляют собой стеклокристаллические материалы получаемые из стекла в результате его полной или частичной кристаллизации. Ситаллы имею темный, коричневый, серый и кремовый цвета, непрозрачные и прозрачные. Материал обладает большой прочностью до 500МПа , высокой химической стойкостью и хорошими диэлектрическими свойствами. Ситаллы получают методом вытягивания, выдувания, прокатки и прессование, добавляя к стеклянным расплавом улучшающие кристаллизацию вещества-минерализующие катализаторы: соединения фторитов или фосфатов щелочных или щелочноземельных металлов, способных легко кристаллизоваться из расплавов. . используются сеталлы в качестве конструкционных и отделочных материалов.

К изделиям из ситаллов относят стеклянные плитки, шлакопеностекло и прессованные сантехнические изделия. Коврово-мозаичную плитку изготовленную из отходов оконного и витражного стекла покрывают с одной стороны эмалью и закрепляют термообработкой. Размеры плиток 100х100 толщина 5-9 мм.

Доменные шлаки стали сырьем не только для традиционных, но и для таких сравнительно новых эффективных материалов, как шлакоситаллы — продуктов, полученных методом каталитической кристаллизации шлакового стекла. По прочностным показателям шлакоситаллы не уступают основным металлам, существенно превышая стекло, керамику, каменное литье, природный камень. Шлакоситаллы в 3 раза легче чугуна и стали, они имеют прочность на истирание в 8 раз выше, чем у каменного литья и в 20—30 раз, чем у гранита и мрамора.

Предел прочности при изгибе у ситаллов не менее 65МПа, ударная вязкость 2.5 кДж/м2, кислотостойкость не менее 98%, объемная масса 2700 кг/м3.

Строительные материалы на основе отходов стекла

Отходы стекла накапливаются в виде битой посуды, оконного и других видов строительного стекла. Стекольный бой также как и полимерные отходы образуются как при потреблении, так и в производстве стекла и стеклоизделий.

Основным направлением утилизации стеклянного боя является возврат

его в технологический процесс производства стекла. До поступления в стекловаренные печи стеклобой освобождается от металлических включений, обрабатывается в моечном барабане и сортируется.

Себестоимость стекломассы из стеклобоя в среднем в 6 раз ниже, чем из кварцевого песка. Стеклобой может применяться с целью экономии дефицитных сырьевых материалов шихты в производстве штапельного тепло- и звукоизоляционного стекловолокна. Использование 1 тыс.т стеклобоя в производстве стеклоизделий высвобождает 1,25 тыс. т кондиционного сырья.

Из отходов листового оконного стекла получают стеклянную эмалированную плитку. При этом стекло режут на плитки размером 150x150 или 150x75 мм, покрывают эмалью и направляют в печь.

Эмаль изготавливают из титановых руд с добавкой керамических красок. При температуре 750 - 800 °С эмаль расплавляется и спекается с поверхностью стекла. Из порошка стекольного боя с газообразователями спеканием при 800—900 °С получают один из наиболее эффективных теплоизоляционных материалов — пеностекло. Плиты и блоки из пеностекла имеют среднюю плотность 100—300 кг/м3, теплопроводность- 0,09-0,1 Вт/(м °С) и предел прочности на сжатие — 0,5—3 МПа.

Технологический процесс производства гранулированного пеностекла заключается в следующем. Стеклобой промывают, удаляют из него металлические включения, дробят до частиц, не превышающих 25 мм, а затем направляют на совместный помол и перемешивание с газообразователем. Помол производится до удельной поверхности 5000 см2/г. Тонкомолотую сырьевую смесь увлажняют в двухвальном лопастном смесителе до влажности 10—12% и гранулируют куда дополнительно подают воду. Конечная влажность гранулируемой смеси 23—25%. После грануляции окатыши поступают на вибросито, где происходит отделение гранул размером более 15 и менее 5 мм. Нестандартные гранулы по конвейеру возвращаются в двухвальную лопастную

мешалку. Сырые сырцовые гранулы размером 5—15 мм ленточным питателем подаются в короткий вращающийся барабан для опудривания огнеупорным порошком. Опудренные сырцовые гранулы поступают на конвейерную ленточную сушилку, где происходят их сушка и прочнение. Температура в конвейерной ленточной сушилке должна быть 150 °С.

Высушенные сырцовые гранулы тарельчатым питателем подаются во вращающуюся печь для вспенивания и обжига. Обжиг производится при температуре 750—800 °С и продолжительности пребывания гранул в печи 7—9 мин. Обожженные гранулы направляются в ленточно-сетчатую печь для отжига и охлаждения. Охлажденное гранулированное пеностекло загружается в бункер готовой продукции. При необходимости осуществляется фракционирование гранул на вибросите.

Основные свойства гранулированного пеностекла: насыпная плотность – 150 - 220 кг/м3; предел прочности при сжатии в цилиндре 0,6—1,1 МПа; минимальный размер гранул — 10 мм, максимальный -30 мм; водопоглощение через 24 ч — 5%; теплопроводность в насыпи — 0,067—0,072 Вт/(м • °С). Пеностекло морозо-, водо- и биостойко, не подвержено силикатному, железистому и известковому распадам. Оно может быть использовано вместо керамзитового гравия для производства теплоизоляционных легкобетонных плит, которыми изолируют покрытия производственных зданий, овощехранилищ и других помещений.

Гранулированное пеностекло эффективно также в качестве наполнителя пенопластов.

При одинаковой средней плотности пеностекло почти в 3 раза прочнее ячеистого бетона. Оно хорошо пилится, сверлится и шлифуется, обладает высокой водо- и морозостойкостью. У пеностекла обычного состава температуростойкость составляет 300—400 °С, а у бесщелочного –прочность автоклавных материалов на сжатие и изгиб повышается на 22-40%.

Вопросы для СРС по теме:

  1. Сырье для варки стекла

  2. Технологии изготовления стекла

  3. Технологии обработки стекла

  4. Физико- механические свойства стекла

  5. Номенклатура изделий из прозрачного стекла

  6. Номенклатура изделий из непрозрачного стекла

  7. Технологии обработки стекла

  8. Назначение и области применения стекла

  9. Современные исследования в области получения стекла

      1. Металлические материалы. Общие сведения о черных и цветных металлах, их сплавах. Основы технологии чугуна и стали

Это химические элементы, которые имеют высокую прочность, твердость, пластичность, хорошую электро и теплопроводность, непрозрачны и имеют характерный блеск.

Применяют как несущие конструкции, конструкционные отделочные материалы, в том числе большепролетные и высотные с высокой степенью надежности.

Применяемые в строительстве металлы делят на черные и цветные. Черные металлы- это железо с углеродом- сталь, чугун, ферросплавы. Цветные – алюминий, медь, цинк, свинец, олово, никель, титан, вольфрам, золото.

Основным сырьем для получения металлов являются руды для черных железные руды, для цветных цветныеруды.

Технология – подготовка сырья, плавка, формование. Обработка сырья – дробление, промывка, обогащение.

Чугун.При производстве чугуна кроме железной руды используют агломерат - получаемый спеканием руды с известняком, флюсы – известняк и доломит. Чугун получают в доменных печах плавкой при температуре 1300°С высотой 30 м объемам до 5000 м. В качестве топлива использует кокс. В домну послойно загружают руду, агломерат, кокс и флюсы, которые постепенно под собственным весом передвигаются вниз и нагреваются до t°= 600-900С° в воздухонагревателях. При горении оксид углерода восстанавливает чистое железо, одновременно чистый марганец, серу, фосфор и кремний. На каждую тонну чугуна получают 0.6 тонны жидкого шлака.

Чтобы из расплава удалить примеси в нее добавляют флюсы. Чугун содержит 3-4% углерода, а также кремний, марганец, серу, фосфор. Образовавшийся чугун стекается в нижнюю часть печи - горн.

Чугун бывает: до 80 % литейный для производства стали и 20% серый для литья изделий – ванн, батарей. Чугун имеет недостатки – высокая плотность, хрупкость, т.к. имеют значительные примеси. Особо опасные примеси чугуна - сера – способствует образованию трещин и фосфор – делает его хрупким.

Сталь блестящий серебристо- белый металл- пластичный, легко куется в холодном и нагретом состоянии, поддается прокатке, штамповке и другим способам механической обработки.

Получают сталь из чугуна и металлического лома –в которой содержание нежелательных примесей меньше – углерода, кремния, серы, фосфора. Стальнаряду с бетонами главнейший конструктивный материал. Широкому использованию в строительстве обязан своим высокими физико-механическими показателями, технологичности (возможность получения из нее конструкций различными методами).

В стали углерода содержится – 0,1-2 % Большее содержание углерода в стали увеличивает прочность, но при этом увеличивается хрупкость и снижается свариваемость.

Стальиз чугунаполучают в конвертерных и мартеновских печах, а так же электроплавильным способом.

Конвертерным способом – путем продувки жидкого чугуна кислородом или водяным паром. Процесс плавки 30 мин t°= 700, вводят известь, которая образует шлаки.

При плавке в мартеновских печах в качестве топлива используется воздушно – газовую смесь. Окисление происходит на поверхности ванн, в которых находится жидкое железо – чугун.

Плавка в электропечах происходит при t°=2000 дуговым методом. Этим способом выплавляется до 80% стали, но способ очень энергоемкий.

Сталь – из печей выливают в специальные ковши выложенные внутри огнеупорным кирпичам - получают слитки.

Сталь бывает кипящей и спокойная. Кипящую разливают сразу из ковша в изложницы. Спокойная – это сталь, которую выдерживают в ковше для соединение с растворенном кислородом. При этом, улучшается состав и структура стали.

Для улучшения свойств стали, в них добавляют легирующие добавки, в общем до 5% , которые повышают прочность стали, коррозионную стойкость, снижают хрупкость и пластичность.

В качестве легирующих добавок применяется марганец, кремний, хром, никель, медь, азот. Марганец повышает прочность, износостойкость и сопротивление ударным нагрузкам, Кремний увеличивает прочность, но ухудшает свариваемость и снижает устойчивость к коррозии. Никель и хром повышаю упругие свойства. Никель и хром улучшают механические свойства, повышаю жаростойкость и коррозионную стойкость.

Легированные стали по назначению делят на конструктивные, инструментальные и стали специального назначения (нержавеющие, жаростойкие). В строительстве в основном применяют конструкционные стали.

Металлические строительные материалы определенного профиля, получают на стадии формирования методами проката, прессованием, волочением, ковкой, штамповкой, холодное профилирование.

Прокаткой получают основную часть строительных материалов – листы, проволоку, рельсы. Заключается прокатка в обжатии между вращающимися валками. Слитки стали нагревают и прокатывают на блюминговых станах, пропуская между вращающимися валками прокатного стана заготовки, в результате чего заготовка вытягивается и в зависимости от профиля приобретает заданную форму. Сортамент стали горячего проката: круглая, квадратная, полосовая, уголковая, в виде швеллера, двутавра, трубы, арматурная сталь гладкая и периодического профиля.

Волочением заготовка последовательно протягивается через отверстие размером меньше сечения заготовки, вследствие чего заготовка обжимается и вытягивается. При таком методе получают изделия точных профилей с чистой и гладкой поверхностью. Способом волочения изготавливают проволоку, трубы малого диаметра, прутки круглого, квадратного и шестиугольного сечения.

Ковка обработка раскаленной стали повторяющимися ударами молота для придания заданной формы. Изготавливают болты, анкера, скобы и т. Д.

Штамповка разновидность ковки, при которой сталь растягиваясь под ударами молота заполняет форму штампа. Может быть горячей и холодной. Получают изделия точных размеров и сложной конфигурации.

Прессованием способ выдавливания находящейся в контейнере стали через выходное отверстие (очко) матрицы. Исходным материалом для прессования служит литье или прокатные заготовки. Получают профили различных сечений, трубы небольшого диаметра, фасонные профили.

Холодное профилирование процесс деформирования листовой или круглой стали на прокатных станах. Из листовой стали получают гнутые профили с различной конфигурацией в поперечнике из круглых стержней на станках холодного профилирования путем сплющивания упрочненную холодносплющенную арматуру.

Механические свойства металлов. Физические свойства стали: плотность 7850 кг/м³. Предельный прочность на растяжение, сжатие изгиб до 600 МПа. Марка стали: 15 ХСНД – это значит сталь имеет 0,15% - углерода и легирующих добавки, хром, кремний, никель, меда до 0,1 %.

Упрочнение стали выполняется не только методом изменения ее состава, но и путем термической обработки. При этом у стали меняется структура.

Закалка заключается в нагреве до температуры 800-1000°С и быстром охлаждении в воде или маслах.

Отпуск стали медленный нагрев и медленное охлаждение на воздухе, выполняется для снижения внутренних напряжений, как бы обратный закалке процесс.

Номенклатура строительных металлических материалов

Чугун. Из чугуна изготавливают подушки под колонны, трубы, радиаторы, сантехника. Из - за хрупкости и высокой плотности использование чугуна ограничено. В малых архитектурных формах используют чугун для деталей оград, решеток, фонарей и т.д.

Сталь - обыкновенная углеродистая, качественная, высококачественная и особо высококачественная, легированная. Углеродистая сталь. Ст-3 -широко используется в строительстве. Стальные строительные материалы различают профильные листы, трубы, арматура. Профили имеют различные сечения в зависимости от способы получения – прокатные, гнутые.

Прокат: уголки, швеллеры, двутавры, монорельсы, арматурная сталь, трубчатого сечения.

Гнутый прокат : уголки, швеллер, коробчатые сечения и др.

Листовая сталь толщиной от 0,4 до 60 мм.

Кровельная оцинкованная сталь имеет толщину 0,4-0,8 мм, бывает плоская, рифленая, волнистая, профильная.

Арматура из стали делится на стержневую и проволоки из них изготовляется пряди, сетки, каркасы с термическим упрочнением характеристик. Арматура бывает гладкая и рифленая.

Соединения стальныхконструкций делятся не неразъемные (сварные, заклепочные) и разъемные (болтовые). Сварные швы выполняются с помощью электродов или газовой сваркой.

Цветные металлы и их применение в строительстве Сырье– основное сырье рудные горные породы цветных металлов. В рудах сравнительно малое содержание цветных металлов. Железа в руде содержится до 70%, а в бокситах примерно 50-60% АI (глинозема).

Из цветных металлов получают штамповкой или прессованием под давлением профильные, рельефные, облицовочные материалы и элементы оборудования.

Термической, химико– термической обработкой изменяют свойства металлов – твердость, прочность, ударная вязкость, сопротивление износу. Эти свойства достигают путем прогрева и охлаждение.

Алюминий- плотность-2700кг/м3 в промышленных масштабах начали производить лишь в 20 веке, из-за технологических сложностей.

Алюминий – наиболее широко используемый цветной металл, серебристый – белый, обладающий высокой коррозионной способностью, характеризуется высокой электро и теплопроводностью, с высоким коэффициентом теплого расширения. Применяется в строительстве только в виде сплавов.

Получают алюминий щелочным, кислотным, электротермическим, электродным способами в ваннах. В строительстве в чистом виде алюминий не применяется для изготовления конструкций из-за низкой прочности. Он применяется в виде сплавов или покрытий для защиты от коррозии. Применяются алюминиевые сплавы АL+магний – в мостостроении, АL+магний+кремний – красивый декоративный сплав.

Алюминий и сплавы на его основе имеют достоинства:

  1. Легкость, низкая плотность 2600-2700 кг/м3;

  1. Высокая прочность 200-750Мпа;

  1. Высокая коррозионная стойкость, в 50 раз медленнее, чем у стали;

  1. Легкость обработки;

  1. Отсутствие искрообразование при обработке;

  1. Высокая стойкость при низких отрицательных температурах.

Недостатки:

  1. Относительно высокая стоимость по отношению к стали;

  1. Высокая деформативность, модуль упругости в 3 раза выше, чем у стали;

  1. Коэффициент линейного расширенной в 2 раза выше, чем у стали;

  1. В местах контакта АL с другими материалами возникает электрохимическая коррозия (необходимо защищать краской).

Дюралюминий– этосплав аллюминия АL(95%)+ меди Си(4%) +магний Мп (0,5%) + марганец Мд (0,5%)– имеет прочность 500-750 МПа.

Магниевые сплавы из АL с цинком очень прочны до 400МПа и жаропрочны при этом очень легкие 700-1800 кг/м³.

Из алюминиевых сплавов изготавливают листовые и профильные изделия. Прессованные профили из алюминиевых сплавов использует для изготовления несущих и ограждающих конструкций, крепления окон, витрин, витражей, подвесных потолков, плинтуса. Изготавливают из алюминиевых сплавов заклепки, болты, фурнитуру, рельефные облицовочные панели, декоративно – художественные изделия, плиты «сэндвич- панели».

Алюминиевая пудра используется для изготовления красок, эмалей – защитного покрытия, в качестве порообразователей для газобетона.

Сплавы АL с титаном имеют предел прочности 750-1000 МПа, плотность 4500 кг/м3, высокую коррозионную стойкость. Термообработкой или легированием может быть повышен предел прочности до 1800-2000Мпа. Сплавы титана жаропрочны до 400 °С, имеют высокую коррозонную стойкость. Сплав дорогой, применяется только для уникальных сооружений –например памятник космонавтике на ВДНХ в Москве.

Алюкобонд. Это композитный, многослойный листовой материал. Представляет собой алюминиевую оболочку, внутри заполненную полимерным наполнителем и покрытый сверху защитно – декоративным слоем. Используется 35 лет в Германии: толщиной АL t=3,3 мм. Легко обрабатывается – режется, сгибается, поддается сверлению и трансформации. Цвета – стандартные, металлик, имитация камня и т.д.

Наполнитель – однородная, плотная, пластичная структура.

Используется алюминий и и его сплавы в качестве ограждающих конструкций в панелях производственных, общественных большепролетных зданий:

Медь – плотность 8960 кг/м3 - мягкий, ковкий металл красного цвета встречается в природе в виде самородков и в природных рудах – сульфидов, сульфатов меди. Имеет высокий коэффициент температурного расширения в 1.5 раза выше, чем у стали. Высокий коэффициент электро и теплопроводности. В сухой среде медь не окисляется, во влажной покрывается темной оксидной пленкой. Медь известна с глубокой древности, встречается в виде самородков и просто выплавляется из медных руд. Медные сплавы получают сплавлением меди с оловом, цинком.

Латунь – медный сплав меди с цинком ( 10- 40%) в качестве легирующего металла входит АL или никель. Прочность при растяжении 250-600МПа. Латунь применяют в виде листов для изготовления художественно – декоративных изделий, латунных труб в отопительной и водонапорной системе, имеет высокую долговечность.

Бронза – сплав меди с оловом (до 10%), алюминием и свинцом. Материалы на основе бронзы имеют высокую прочность, твердость и коррозионную стойкость, Свинец и цинк в виде защитных покрытий для коррозионной защиты. Бронза– применяется для литья статуй, скульптур. Памятники Минину и Пожарскому, памятник Кенесары, Абаю в городе Астана и т.д.

Медная кровля. Гибкая медная черепица состоит из стекловолокна, натурального битума и покрыта сверху медным листом толщина 70 мм. Медные листы соединены между собой накладками – клипсами.

Битумная основа гибкой черепицы делает этот материал для работы очень пластичным и позволяет проводить работы на кровлях с уклоном от 11 до 90°. Легко укладывается в виде лепестков листов или рулонов.

Сплавы титана и магния используют в конструкции с высокими вибрационными нагрузками.

Золото встречается только в древних сооружениях. Им покрывались главы соборов, золотились украшения фасадов, применялось в декоративном искусстве.

В современной архитектуре применяется для позолоты сусальное золото. Это листы толщиной несколько микрон уложены на папиросную бумагу и собраны в книжки по 60 листов. Масса книжки 1,5 – 2,5 грамма. Одной книжкой покрывают поверхность около 0,5 м2. Для покрытия наружных элементов фасадов используют книжки весом 2,5гр, для внутренней отделки в 1,5 грамма.

Защита металлов от коррозии в результате коррозии ежегодно теряется 10-12% его годового производства. Для защиты от коррозии применяется защитные покрытия. Прогрессирует коррозия в атмосфере с агрессивной воздушной средой, при контакте с нефтью, бензином.

Защита от коррозии бывает:

Чаще всего это лакокрасочные покрытия. С помощью покрытий можно изолировать от агрессивной среды изделие или изменить химический состав поверхности. Защитное покрытие должно быть сплошным, непроницаемым для агрессивной среды, иметь высокую прочность, сцепления с металлом (адгезию) высокую твердость, износостойкость и жаростойкость.