Минералы и материалы на их основе. Твердые и сверхтвердые материалы.

Минеральные вяжущие – это тонко измельчённые минеральные порошки, образующие при смешивании с водой пластичную массу, которая с течением времени под влиянием физико-химических процессов переходит в камневидное состояние. Это свойство вяжущих используют для получения искусственных каменных материалов (бетонов и др.). В данном случае механические процессы обработки природного сырья в большей мере заменены химическими – более простыми, производительными и экономически выгодными.Различают две группы минеральных вяжущих: воздушные, которые после перемешивания с водой способны твердеть, сохранять и повышать свою прочность только на воздухе (гипсовые, воздушная известь, магнезиальные), и гидравлические, которые после затворения водой способны твердеть, сохранять и повышать свою прочность не только на воздухе, но и в воде. К гидравлическим вяжущим относятся цементы, гидравлическая известь.Основы производстваСырье. Для получения минеральных вяжущих используют следующие основные горные породы.Природный гипс – светлый, иногда окрашенный примесями в серые или желтоватые цвета минерал. Реже применяют безводный гипс – ангидрит, а также гипсосодержащие отходы химической промышленности.При производстве извести используют горные породы, состоящие в основном из карбоната кальция. Цвет известковых пород зависит от примесей: чистые известняки обычно белого цвета, примеси окрашивают их в желтоватые, бурые, серые и даже чёрные тона.Природные магнезиты и доломиты – основное сырьё для производства магнезиальных вяжущих.Для получения портландцемента – основного гидравлического вяжущего – чаще всего используют известняки, глины и корректирующие добавки (с которыми вводится тот или иной недостающий компонент). Обычно соотношение между известняком и глиной составляет примерно 3:1 (в частях по массе).Производство минеральных вяжущих сводится к двум главным технологическим операциям: помол и обжиг.Обычно стремятся хорошо измельчать сырьё до обжига или продукт после обжига. Тонкость помола минеральных вяжущих влияет на свойства искусственных каменных материалов, приготовленных на их основе. С увеличением тонкости помола увеличивается связывающая, клеящая способность пластичной массы, которая образуется после перемешивания вяжущего с водой. В результате выше плотность и прочность искусственного камня.Важнейшая операция при производстве минеральных вяжущих – обжиг сырьевых минералов. Именно после обжига получается продукт, способный при соединении с водой образовывать пластичную массу, твердеющую с течением времени.К основным видам материалов на основе минеральных вяжущих относят бетон, железобетон, строительные растворы, силикатные (на основе воздушной извести), асбестоцементные, гипсовые и краски. Есть ещё материалы специального назначения, в том числе теплоизоляционные, кровельные, для гидротехнических сооружений, дорог.Бетон – искусственный камень, полученный в результате перемешивания, формования (укладки) и последующего твердения рационально подобранной смеси минерального вяжущего, воды и заполнителя. В основном бетоны классифицируются по средней плотности: особо тяжёлый со средней плотностью выше 2500 кг/м³, содержащий плотные и тяжёлые заполнители (чугунная дробь, стальные опилки и зёрна, барит); тяжёлый, содержащий плотные мелкие и крупные заполнители (песок, щебень или гравий) и имеющий среднюю плотность от 2200 до 2500 кг/м³; лёгкий –от 500 до 1800 кг/м³; особо лёгкий бетон, отличающийся средней плотностью менее 500 кг/м³, имеет ячеистую или крупнопористую структуру.По функциональному назначению выделяют бетоны общего (для несущих и ограждающих конструкций жилых, общественных, промышленных зданий) и специального (теплоизоляционные, дорожные, гидротехнические, декоративные и др.) назначения.Железобетон получают на строительной площадке или в заводских условиях, соединяя в единое целое бетон и стальную арматуру.Армирование предполагает установку стальной арматуры в тех местах материала (бетона), которые подвержены при эксплуатации растягивающим нагрузкам. Их воспринимает рабочая несущая арматура.Непосредственно на месте строительства возводятся монолитные железобетонные конструкции. Для этого устанавливают опалубку из металла, древесины или других материалов, которые соответствует будущей форме сооружения. Затем ставят арматуру, производят подачу и укладку бетонной смеси. Распалубливание железобетонной конструкции производят после достижения бетоном необходимой прочности. Архитектурные формы зданий и сооружений из монолитного железобетона очень разнообразны и отличаются своеобразной пластикой.В настоящее время изготавливают сборные бетонные и железобетонные материалы для всех основных частей современных зданий и сооружений – фундаментов и каркасов, стен, перегородок, перекрытий, покрытий, лестниц, а также для специальных видов строительства (подземного, дорожного, гидротехнического, мостостроения).Фундаментные блоки выполняют из тяжёлого бетона прямоугольного или трапециевидного сеченияКолонны – железобетонные линейные элементы прямоугольного сечения, например, размером 30х30 или40х40 см. Длина колонн в многоэтажных зданиях до 840 смРигели каркасов выпускают обычно таврового сечения с полкой по боковым граням для опирания плит перекрытий.Панели наружных стен изготовляют из лёгкого бетона на пористом запонителе или из ячеистого бетона с арматурой из сварных сеток, размером на жилую комнату.Панели внутренних стен производят из тяжёлого или лёгкого бетона сплошными или с дверными проёмами.Рядом преимуществ обладают трёхслойные панели толщиной до 25-30 см. Для строительства промышленных зданий выпускают панели толщиной 16-30 см и других размеров.Плиты и панели перекрытий отличаются сплошным или пустотелым строением, могут быть ребристыми.Фермы и балки изготавливают обычно из предварительно напряжённого железобетона для зданий с пролётом соответственно 18, 24 и 6,12,18 м.Лестничные марши из железобетона отличаются ступенчатым профилем, часто имеют плоские концевые участки, образующие лестничные площадки.Плиты для строительства дорог и аэродромов изготовляют на основе тяжёлого предварительно напряжённого бетона.Плиты, блоки, сегменты теплоизоляционные производят в основном из особо лёгких бетонов на различных вяжущих (цементе, извести, гипсе).Строительные растворы получают из различных минеральных вяжущих (цемента, извести, гипса и их смесей – цементно-известковых, известково-гипсовых, а также цементно-глиняных и др.), мелкого заполнителя и добавок, улучшающих свойства материала.В зависимости от назначения различают растворы кладочные, используемые при кладке стен, фундаментов, столбов и других частей конструкций; штукатурные – для внутренних и наружных стен, потолков и др; монтажные – для заполнения швов между сборными элементами (панелями, блоками) при их монтаже; специальные – декоративные, гидроизоляционные и др.К силикатным искусственным каменным материалам относят кирпич и бетон.Силикатный кирпич изготовляют из смеси извести, квацевого песка и воды. После перемешивания и формования (прессования) материал твердеет.Силикатные бетоны аналогично обычно различают по средней плотности – тяжёлые, лёгкие.Асбестоцементные материалы изготовляют из специального портландцемента марок 400 и 500 и волокон асбеста, которые значительно упрочняют структуру цементного камня.

Гипсовые материалы получают из гипсового теста и минеральных или органических тонкомолотых заполнителей (гипсокартонные листы, гипсокартон, гипсоволокнистые листы).

Краски на основе минеральных вяжущих содержат щелочестойкие пигменты и небольшое количество добавок (известковые краски, цементные краски, силикатные краски).СвойстваЭксплуатационно-технические свойства большинства материалов на основе минеральных вяжущих в значительной мере определяются характеристиками, соотношением сырьевых компонентов и формируются на стадиях перемешивания, укладки и твердения. Бетонная (растворная) смесь должна быть удобоукладываемой. Важные физические и химические свойства бетона – водонепроницаемость, морозостойкость, коррозийная стойкость, а также прочность и деформативность – связаны с плотностью его структуры.

При оценке свойств строительных растворов учитывают особенности их применения по сравнению с бетоном: использование в сравнительно тонких слоях, нанесение на водоотсасывающее основание (кирпич, бетоны). В результате большое значение имеет водоудерживающая способность растворной смеси.

Основные показатели эксплуатационно-технических свойств силикатного кирпича – водопоглощение, морозостойкость и предел прочности при сжатии.

Асбестоцементные материалы отличаются достаточно высокими морозостойкостью и коррозийной стойкостью

Эксплуатационную надёжность и долговечность гипсовых строительных материалов связывают прежде всего с их сравнительно высокими гигроскопичностью и водопоглощением.

Эксплуатационно-технические свойства красок в большей мере зависят от вида минерального вяжущего.Эстетические характеристики материалов на основе минеральных вяжущих весьма разнообразны и должны назначаться с учётом комплекса факторов, в тои числе необходимой выразительности, условий эксплуатации и технологических особенностей производства.

Эстетические характеристики бетонных и железобетонных материалов следует связывать с их массовым применением при комплексно- механизированной сборке зданий и сооружений.При оценке эстетических характеристик декоративных бетонов и растворов учитывают, что на лицевой поверхности не допускаются выцветы и высолы, пятна, полосы от цементного молока и местные наплывы. На гладкой лицевой поверхности не допускаются раковины.На лицевой поверхности силикатного кирпича не допускаются, дефекты от непогашенной извести.Внешний вид материалов на основе минеральных вяжущих оценивают визуально и с помощью микроскопов, увеличительных стёкол, металлических измерительных инструментов, приспособлений, шаблонов и трафаретов.Области применения

Широкое применение искусственных каменных материалов на основе минеральных вяжущих – конструкционных, конструкционно-отделочных, отделочных – обуславливается наличием значительных запасов сравнительных запасов сравнительно дешевых сырьевых материалов; возможностью удовлетворять разнообразным требованиям всех видов строительства, в том числе при создании разнообразных форм, вариантов отделки лицевой поверхности; конструкционной совместимостью с другими материалами; сравнительной простотой, низкой энергоёмкостью, возможностью механизации и автоматизации процесса производства; сравнительно низкой себестоимостью материалов и их эксплуатационными характеристиками.С эстетической точки зрения восприятие искусственных каменных материалов связано с визуальным ощущением «каменистости», тяжестиЭкологическая чистота рассматриваемых материалов не будет вызывать сомнений, если заполнители из горных пород перед их использованием будут исследованы на содержание природных радионуклидов.