Свойства силикатных материалов и изделий: Общие сведения о силикатных материалах

Материал

Содержание

Силикатные материалы | Новости в строительстве

Силикатные материалы на основе строительной извести при нормальных условиях твердения имеют малую прочность. Поэтому, в целях повышения их прочности проводят обработку насыщенным водяным паром при 70…100°С при атмосферном давлении (пропаривание) или искусственную карбонизацию.

Состав статьи:

1. Силикатные материалы автоклавного твердения.

2. Силикатный кирпич.

3. Известково-зольный и известково-шлаковый кирпичи.

4. Силикатный бетон

5. Крупноразмерные изделия из силикатного бетона.

Показатели прочности и долговечности силикатных материалов приобретают максимальные значения в условиях гидротермальной обработки в автоклавах в среде насыщенного водяного пара. Гидротермальную обработку (запаривание ) проводят под давлением насыщенного водяного пара : 0,8; 1,2 и 1,6 МПа, что соответствует температурам указанной среды 174,5; 190,7 и 203,3°С.

Читать далее на http://stroivagon.ru строительная известь

Автоклавные строительные материалы выпускают в виде кирпича, блоков и панелей для наружных и внутренних стен, панелей перекрытий, колонн, лестничных маршей и площадок, балок и других изделий. Их свойства близки к свойствам цементных бетонов, но они отличаются меньшим расходом вяжущих, широким использованием дешевых местных заполнителей и следовательно меньшей стоимостью.

Однако для их производства необходимы автоклавы.

♣ Силикатный кирпич

Силикатный кирпич является одним из наиболее экономичных и распространенных в стране стеновых материалов, из него возводят более 16% всех каменных зданий.Основными видами сырья для производства силикатного кирпича являются песок, известь и вода. Кроме того, применяют суглинки, трепелы, золы, шлаки и другие горные породы и промышленные отходы.

В качестве известкового компонента для производства автоклавных изделий можно применять молотую не гашенную известь, пушонку, частично гашенную известь, а также известково зольное и известково-пуццолановое вяжущее. Производство силикатного кирпича включает следующие стадии:

добычу и просев песка, обжиг извести и ее размол совместно с частью песка, смешение полученного вяжущего с немолотым песком и водой. А также гашение извести в смеси с песком, повторное перемешивание и до увлажнение полученной массы, прессование кирпичей, их укладку на вагонетки, загрузку в автоклав и обработку насыщенным водяным паром при температуре 174,5°С (давлении 0,8 МПа).

Автоклавная обработка (запаривание ) силикатного кирпича производится по следующему режиму: Подъем температуры до 174,5°С-1,5 ч; изотермическая выдержка при 174,5°С-8 ч; снижение температуры до 100 °С и давления до атмосферного -2 ч.

Согласно ГОСТ 379-79, силикатный кирпич подразделяется на марки, которым соответствуют показатели предела прочности при сжатии : 30; 25; 20; 15; 12.5; 10 и  7.5 МПа ( последняя цифра только для пустотелых камней). Морозостойкость рядового силикатного кирпича должна составлять не менее 15 циклов попеременного замораживания ( при -13 °С ) и оттаивания ( в воде при 15…20 °С), а лицевого -25, 35, 50 циклов в зависимости от марки.

Водопоглощение рядового силикатного кирпича не должно превышать 16%, а лицевого -14%. Средняя плотность составляет 1800…1850 кг/м³. заводы выпускают рядовой и лицевой силикатный кирпичи, пустотелый и полнотелый, модульный (утолщенный) одинарный. Одинарный силикатный кирпич имеет ту же форму и размеры , что и красный керамический кирпич ( 250 х 120 х 65 мм). Модульный силикатный кирпич является пустотелым и имеет размер 250 х 120 х 88 мм.

Выпускаются также мелкоштучные силикатные изделия в виде пустотелых камней размером 250 х 120 х 138 мм. Такие изделия имеют массу не более 4,3 кг.

♣ Известково шлаковый и известково-зольный кирпичи.

Известково-шлаковый и известково-зольный кирпич является одним из разновидностью силикатного кирпича,который отличается лучшими теплоизоляционными показателями а также меньшей плотностью. Это достигается заменой тяжелого кварцевого песка на более  легкий и пористым материалом на основе шлаков или золой.

Для того чтобы приготовить известково-шлаковый кирпич берут от 3 до 12 процентов извести и от 88 до 97 процентов шлака. Для  производства известково- зольного кирпича  используют от 75 до 80 процентов золы и от 20-25% извести. Зола как и шлак является дешевым сырьевым материалом и  образуется при сжигании каменного или бурого угля в печах или при добывании электрической энергии путем сжигания топлива в котельных ТЭЦ и ГРЭС.
Экономически очень выгодно использование шлаков и зол, потому что таким образом расширяется сырьевая база используемых строительных материалов на основе силиката и при этом существенно снижается их стоимость. Производство известково-шлаковых кирпичей и соответственно известково-зольных не отличается от производства силикатного кирпича.

Шлаковый и зольный кирпич выпускаются предприятиями размерами 250 х 120 х 140 миллиметров и больше.Такой кирпич имеет марку прочности при сжатии  М-75, 50, 25, плотностью от 1400-1600 кг/м3. Морозостойкость кирпича на уровне силикатного, теплопроводность должна быть в пределах 0.5-до 0.6 Вт/(м· °С).

Используют известково-шлаковый и известково-зольный кирпич преимущественно в качестве стенового материала в строительстве домов разного назначения, высотой до трех этажей.На основе извести также выпускают и силикатный бетон который получил также широкое использование в строительстве.

♣ Силикатный бетон

Силикатный бетон представляет собой бесцементный бетон автоклавного твердения. Вяжущим в нем является смесь извести с тонкомолотым песком. Наибольшее распространение получили мелкозернистые силикатные бетоны, заполнителем в которых является обычный кварцевый песок. Песок обладает более высокой удельной поверхностью, отсюда лучшая реакционная способность а также меньшая стоимость, чем крупного заполнителя.

Поэтому мелкозернистые силикатные бетоны наряду с хорошими техническими свойствами имеют низкую стоимость.Формуют силикатный бетон вибрированием, прессованием, прокатом, центрифугированием, литьем и так далее. Для крупноразмерных изделий чаще всего применяют вибрационное формование на виброплощадках и виброустановках.

Таблица-1. Требуемая жесткость силикатобетонной смеси

Требуемая жесткость силикатобетонной смесиВибрационное воздействие как правило характеризуется амплитудой колебаний 0,5…0,8 мм и частотой  2800…3000 кол/мин. Жесткость смеси необходимая для ее качественного уплотнения при различных способах формования, приведена в таблицу-1. При использование не гашенной извести ориентировочные значения прочности плотного силикатного бетона можно определить по формуле:

Rб=40,5[S м.п./1000+1,6/(Ц/В-1)]+180,где

S м.п.-удельная поверхность молотого песка, см²/г.

Изготовление силикатобетонных автоклавных изделий характеризуется сравнительно низким расходом извести: 175…250 кг на 1 м³ плотного бетона.Это объясняется тем, что вяжущим в условиях автоклавной обработки является не только известь, но и часть песка( в первую очередь молотого), входящего в состав цементирующих материалов -гидросиликатов кальция.

При гидротермальной обработке крупноразмерных изделий целесообразно применять автоклавы большего диаметра (2,6 и 3,6 метра), которые позволяют повысить коэффициент их заполнения. Крупноразмерные изделия из плотного силикатобетона имеют прочность на сжатие 15…40 МПа, среднюю плотность 1800…2100 кг/м³ и морозостойкость более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Они могут применяться наряду с цементобетонными во всех случаях, кроме контакта с грунтовыми и сточными водами, содержащие углекислоту( вследствие образования растворимого бикарбоната кальция). На 20 предприятиях страны ежегодно выпускается более 500 тыс. м³ изделий из плотного силикатного бетона (ПСБ).

Основная номенклатура продукции из ПСБ: панели внутренних стен и сенажных траншей; плиты перекрытий; крупные стеновые блоки и блоки стен подвалов, тротуарные, дорожные и облицовочные плиты.

Читать далее на http://stroivagon.ru продолжение статьи-ячеистые бетоны

 

Крупноразмерные изделия из силикатного бетона

 

 

Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%),
молотого песка (8..15%) и молотой негашеной извести (6… 10%).Плотный силикатный бетон является разновидностью тяжелого бетона.
Силикатные бетоны, как и цементные, могут быть тяжелыми (заполнители плотные — песок и щебень или песчано-гравийная смесь),легкими (заполнители пористые — керамзит, вспученный перлит, аглопорит и др.) и ячеистыми (заполнителем служат пузырьки воздуха, равномерно распределенные в объеме изделия).

Вяжущим в силикатном бетоне является тонкомолотая известково-кремнеземистая смесь —известково-кремнеземистое вяжущее, способное при затворении водой в процессе тепловлажностной обработки в автоклаве образовывать высокопрочный искусственный камень. В качестве кремнеземистого компонента применяют молотый кварцевый песок, металлургические (главным образом доменные) шлаки, золы ТЭЦ. Кремнеземистый компонент (тонкомолотый песок) оказывает большое влияние на формирование свойств силикатных бетонов.

Так, с возрастанием дисперсности частиц молотого песка повышаются прочность, морозостойкость и другие свойства силикатных материалов.
С увеличением тонкости помола песка повышается относительное содержание СаО в смеси вяжущего до тех пор, пока содержание активной СаО обеспечивает возможность связывания ее во время автоклавной обработки имеющимся песком в низкоосновные гидросиликаты кальция.

По данным ВНИИСтрома, при удельной поверхности молотого песка 2000…2500 см²/г содержание извести в смеси (в пересчете на СаО) составляет
20…28% от массы известково-кремнеземистого вяжущего, а при удельной поверхности песка более 2500 см2/г оптимальное содержание СаО в смешанном вяжущем может быть повышено до 33%.

Автоклавная обработка — последняя и самая важная стадия производства силикатных изделий. В автоклаве происходят сложные процессы превращения исходной, уложенной и уплотненной силикатобетонной смеси в прочные изделия разной плотности,- формы и назначения. В настоящее время выпускаются автоклавы диаметром 2,6 и 3,6 м, длиной 20…30 и 40 м. Как изложено выше, автоклав представляет собой цилиндрический горизонтальный сварной сосуд (котел) с герметически закрывающимися с торцов сферическими крышками.

Котел имеет манометр, показывающий давление пара, и предохранительный клапан, автоматически открывающийся при повышении в котле давления выше предельного. В нижней части автоклава уложены рельсы, по которым передвигаются загружаемые в автоклав вагонетки с изделиями. Автоклавы оборудованы траверсными путями с передаточными тележками — электромостами для загрузки и выгрузки вагонеток и устройствами для автоматического контроля и управления режимом автоклавной обработки.

Для уменьшения теплопотерь в окружающее пространство поверхность автоклава и всех паропроводов покрывают слоем теплоизоляции. Применяют тупиковые или проходные автоклавы. Автоклавы оборудованы магистралями для выпуска насыщенного пара, перепуска отработавшего пара в другой автоклав, в атмосферу, утилизатор и для конденсатоотвода.

При эксплуатации автоклавов необходимо строго соблюдать «Правила устройства и безопасности эксплуатации сосудов, работающих под давлением».
После загрузки автоклава крышку закрывают и в него медленно и равномерно впускают насыщенный пар. Автоклавная обработка является наиболее эффективным средством ускорения твердения бетона. Высокие температуры при наличии в обрабатываемом бетоне воды в капельно-жидкомсостоянии создают благоприятные условия для химического взаимодействия между гидратом оксида кальция и кремнеземом с образованием основного цементирующего вещества — гидросиликатов кальция.

Весь цикл автоклавной обработки (по данным проф. П. И. Боженова) условно делится на пять этапов: 1 — от начала впуска пара до установления в автоклаве температуры 100 °С; 2 — повышение температуры среды и давления пара до назначенного минимума; 3 — изотермическая выдержка при максимальном давлении и температуре; 4 — снижение давления до атмосферного, температуры до 100 °С; 5 — период постепенного остывания изделий от 100 до 18…20 °С либо в автоклаве, либо после выгрузки их из автоклава.

Качество силикатных изделий автоклавного твердения зависит не только от состава и структуры новообразований, но и от правильного управления физическими явлениями, возникающими на различных этапах автоклавной обработки. При автоклавной обработке кроме физико-химических процессов, обеспечивающих синтез гидросиликатов кальция, имеют место физические процессы, связанные с температурными и влажностными градиентами, определяемые термодинамическими свойствами водяного пара и изменениями физических характеристик в сырьевой смеси, а затем и в образовавшемся искусственном силикатном камне.

В составе силикатного камня преобладают низкоосновные гидросиликаты кальция, имеющие тонкоигольчатое или чешуйчатое микрокристаллическое строение типа CSH(B), и тоберморит. Однако наряду с низкоосновными могут быть и более крупнокристаллические высокоосновные гидросиликаты кальция типа C2SH(A).

Читай также изделия из ячеистого бетона

Развитие производства крупноразмерных силикатных изделий, особенно полной заводской отделки, способствует индустриализации строительства, дает возможность экономить цемент и позволяет расширить базу полносборного строительства. Наибольшее практическое распространение получили тяжелые мелкозернистые бетоны плотностью 1800…2500 кг/м³ и прочностью 15, 20, 25, 30 и 40 МПа. Можно получить силикатный бетон прочностью до 80 МПа при увеличении дисперсности и количества тонкомолотого кварцевого песка в смеси известково-кремнеземистого вяжущего, сильном уплотнении и соответствующем режиме автоклавной обработки.

Прочность силикатного бетона при сжатии, изгибе и растяжении, деформативные свойства, сцепление с арматурой обеспечивают одинаковую несущую способность конструкций из силикатного и цементного бетона при одинаковых их размерах и степени армирования. Поэтому силикатный бетон можно использовать для армированных и предварительно напряженных конструкций, что ставит его в один ряд с цементным бетоном.

Из плотных силикатных бетонов изготовляют несущие конструкции для жилищного, промышленного и сельского строительства: панели внутренних стен и перекрытий, лестничные марши и площадки, балки, прогоны и колонны, карнизные плиты и т. д. В последнее время тяжелые силикатные бетоны применяют для изготовления таких высокопрочных изделий, как прессованный безасбестовый шифер, напряженно-армированные силикатобетонные железнодорожные шпалы, армированные силикатобетонные тюбинги для отделки туннелей метро и для шахтного строительства (бетон прочностью 60 МПа и более).

Коррозия арматуры в силикатном бетоне зависит от плотности бетона и условий службы конструкций; при нормальном режиме эксплуатации сооружений арматура в плотном силикатном бетоне не корродирует. При влажном и переменном режимах эксплуатации в конструкциях из плотного силикатного бетона арматуру необходимо защищать антикоррозионными обмазками.

Силикатный бетон на пористых заполнителях — новый вид легкого бетона. Твердение его происходит в автоклавах. Вяжущие для этих бетонов применяют те же, что и для плотных силикатных бетонов, а заполнителями служат пористые заполнители: керамзит, вспученный перлит, аглопорит, шлаковая пемза и другие пористые материалы в виде гравия и щебня.

В настоящее время крупноразмерные изделия из силикатного бетона выпускают большой номенклатуры. Из силикатного бетона изготовляют крупные стеновые блоки внутренних несущих стен, панели перекрытий и несущих перегородок, ступени, плиты, балки. Элементы, работающие на изгиб, армируют стержнями и сетками.

Технология изготовления силикатобетонных изделий (рис. 1) состоит из следующих основных операций: добычи песка и отделения крупных фракций; добычи и обжига известняка (если известь производят на силикатном заводе), дробления извести; приготовления известково-песчаного вяжущего путем дозирования извести, песка и гипса и помола их в шаровых мельницах; приготовления силикатобетонной смеси путем смешения немолотого песка с тонкомолотой известково-песчаной смесью и водой в бетоносмесителях с принудительным перемешиванием; формования изделий и их выдерживания; твердения отформованных изделий в автоклавах при температуре 174…200 °С и давлении насыщенного пара до 0,8…1,5 МПа.

Для получения плотных силикатных изделий применяют известь с удельной поверхностью 4000…5000 см²/г, а песок —
2000…2500 см²/г. Изделия на молотой негашеной извести можно получить повышенной прочности и морозостойкости. Для этой цели регулируют сроки гидратации извести путем введения гипса, поверхностно-активных веществ и т. д. Молотую негашеную известь целесообразно применять для изделий, изготовленных на пластичной бетонной смеси.

Рисунок-1. Технологическая схема производства изделий из силикатного бетона:

 

Силикатные материалы и изделия

Категория: Материалы для строительства

Силикатные материалы и изделия

Силикатные изделия представляют собой искусственный каменный материал, изготовленный из смеси извести, песка и воды, отформованный путем прессования под большим давлением и прошедший автоклавную обработку.

В строительстве широкое распространение получили силикатный кирпич; силикатный плотный бетон и изделия из него; ячеистые силикатные бетоны и изделия; силикатный бетон с пористыми заполнителями.

Силикатный кирпич прессуют из известково-песчаной смеси следующего состава (%): чистый кварцевый песок 92—94; воздушная известь 6—8 и вода 7—8. Подготовленную в смесителях известково-песчаную массу формуют на прессах под давлением 15—20 МПа и запаривают в автоклавах при давлении насыщенного пара 0,8 МПа и температуре примерно 175 °С.

При запаривании известь, песок и вода вступают в реакцию, в результате которой образуется гидросиликат кальция, цементирующий массу и придающий ей высокую прочность. Продолжительность цикла автоклавной обработки 10—14 ч, а всего процесса изготовления силикатного кирпича 16—18 ч, в то время как процесс изготовления обычного глиняного кирпича длится 5—6 сут.

Силикатный кирпич выпускается двух видов: одинарный размером 250 X 120 X 65 мм и модульный размером 250 X 120 X 88 мм. Объемная масса силикатного кирпича 1800—1900 кг/м3, морозостойкость не ниже Мрз 15, водопоглощение 8—16% по массе. По прочности при сжатии силикатный кирпич делится на пять марок : 75, 100, ’25, 150 и 200. По теплопроводности силикатный кирпич незначительно отличается от обычного- глиняного и вполне заменяет последний при кладке стен любых зданий, кроме стен, маледящнхея в условиях высокой влажности или подвергающихся воздействию высоких температур (печи, дымовые трубы). По цвету силикатный кирпич светло-серый, но может быть и цветным, окрашенным в массе введением в нее минеральных пигментов.

Изделия из плотного силикатного бетона. Мелкозернистый плотный силикатный бетон — бесцементный бетон автоклавного твердения на основе известково-кремнеземистых или известково-зольных вяжущих — получают по следующей технологической схеме: часть кварцевого песка (8—15%) смешивается с негашеной известью (6—10%) и подвергается тонкому помолу в шаровых мельницах, затем измельченное известково-песчаное вяжущее и обычный песок (75—85%) затворяют водой (7—8%), перемешивают в бетономешалках и затем смесь поступает на формовочный стенд. Отформованные изделия запаривают в автоклавах при температуре 175—190° С и давлении пара 0,8 и 1,2 МПа.

Изделия из плотного силикатного бетона имеют объемную массу 1800—2200 кг/м3, морозостойкость 25—50 циклов, прочность при сжатии 10—60 МПа.

Из плотного силикатного бетона изготовляют крупные полнотелые стеновые блоки, армированные плиты перекрытий, колонны, балки, фундаментные и цокольные блоки, конструкции лестниц и перегородок.

Силикатные блоки для наружных стен и стен во влажных помещениях должны иметь марку не ниже 250.

Изделия из ячеистого силикатного бетона. По способу образования пористой структуры ячеистые силикатные бетоны бывают пеносиликатные и газосиликатные.

Основным вяжущим для приготовления этих бетонов является молотая известь. В качестве кремнеземистых компонентов вяжущего и мелких заполнителей используют молотые пески, вулканический туф, пемзу, золу-унос, трепел, диатомит, трас, шлаки.

При изготовлении ячеистых силикатных изделий пластичную известково-песчаную массу смешивают с устойчивой пеной, прчго- товленной из препарата ГК, мыльного корня и др., или с газооб- разователями — алюминиевой пудрой, а затем смесь заливают в формы и подвергают автоклавной обработке.
Объемная масса пеносиликатных изделий и газосиликатных изделий 300—1200 кг/м3, прочность при сжатии 1—20 МПа.

По назначению ячеистые силикатные изделия делятся на теплоизоляционные объемной массой до 500 кг/м3 и конструктивно-теплоизоляционные объемной массой более 500 кг/м3.

Теплоизоляционные ячеистые силикаты находят применение в качестве утеплителей, а из конструктивно-теплоизоляционных силикатов изготовляют наружные стеновые блоки и панели, а также комплексные плиты покрытий здания.

Изделия из силикатного бетона на пористых заполнителях. В качестве вяжущего силикатного бетона на пористых заполнителях используют тонкомолотые известково-кремнеземистые смеси, а крупными заполнителями служат керамзит, пемза, поризованные шлаки и другие пористые легкие природные и искусственные материалы в виде гравия и щебня. После автоклавной обработки такие бетоны приобретают прочность при сжатии от 3,5 до 20 МПа при объемной массе от 500 до 1800 кг/м3 и из них в основном изготовляют блоки и панели наружных стен жилых и общественных зданий.

Материалы для строительства — Силикатные материалы и изделия

Силикатные материалы и изделия автоклавного твердения — Студопедия

К силикатным материалам автоклавного тверденияотносятся материалы, получение которых основано на гидротермальном синтезе минеральной смеси (основное сырье, вяжущее вещество и заполнители), осуществляемом при повышенных значениях давления (до 1,5 МПа) и температуры (174…200 °С) водяного пара.

В качестве основных сырьевых компонентов для материалов автоклавного твердения применяют преимущественно известково-песчаные смеси и промышленные отходы — доменные шлаки, топливные золы, нефелиновый шлам и др. Наиболее распространены известково-песчаные {силикатные) материалы.

Основным вяжущим компонентом материалов автоклавного твердения является известь. Для производства силикатных изделий рекомендуется применение быстрогасящейся извести с суммарным содержанием активных оксидов кальция и магния более 70%. При этом содержание MgO должно быть не более 5%. Наряду с известью возможно применение портландцемента, в частности в производстве ячеистых бетонов. Применение портландцемента способствует повышению морозостойкости изделий.

Наиболее распространенный заполнитель силикатных материалов — кварцевые пески. При применении полевошпатовых и карбонатных песков физико-механические свойства изделий ухудшаются.

При тепловой обработке основных сырьевых компонентов в автоклавах идет взаимодействие между гидрооксидом кальция, кремнеземом и водой, сопровождающееся образованием труднорастворимых продуктов реакции — гидросиликатов кальция:



аСа(ОН)2 + Si02 + (n-а20 → aCaO.Si02.nh30,

причем величина коэффициента а определяется соотношением концентраций СаО и Si02 в жидкой фазе.

Высокую реакционную способность при автоклавной обра­ботке имеют аморфные и стеклообразные сырьевые материалы. К ним относятся вулканические эффузивные горные породы, гранули­рованные шлаки, топливные золы и др.

Интенсификация твердения и улучшение основных свойств ав­токлавных материалов достигаются применением высокодисперсных сырьевых материалов. При изготовлении высокопрочных известково-песчаных изделий негашеную известь размалывают с песком до удельной поверхности 3000…5000 см2/г и используют как вяжущее.

По назначению изделия из силикатных материалов различают­ся на конструкционные и теплоизоляционные изделия, а по форме изго­товления — на штучные и крупноразмерные изделия.


По объему выпуска изделий из материалов автоклавного твер­дения ведущее место занимает силикатный кирпич, а за ним — стено­вые изделия из плотного и ячеистого бетонов.

Силикатный кирпичпредставляет собой искусственный безоб­жиговый стеновой строительный материал, изготовленный прессова­нием из смеси кварцевого песка (90…92 %) и гашеной извести (8… 10 %) с последующим твердением в автоклаве.

В составе сырьевой смеси для получения силикатного кирпича содержание извести колеблется от 7 до 10 % в пересчете на активную роль СаО. Для повышения прочности силикатного кирпича в качест­ва вяжущего компонента применяют тонкомолотые известково-кремнеземистые, известково-шлаковые и известково-зольные смеси.

При производстве силикатного кирпича наиболее желательны кваревые пески с зернами размером 0,2…2 мм, имеющие минималь­ное количество пустот. Содержание глинистых примесей допускается не более 10 %, так как при большем содержании глинистых увеличивается водопоглощение, снижается прочность и морозостойкость кирпича. Наличие органических примесей в сырьевой смеси для про­изводства кирпича снижает его прочность и может привести к обра­зованию трещин за счет выделения газов при автоклавном твердении.

Силикатный кирпич применяют наряду с керамическим кирпичом для кладки каменных и армировано-каменных наружных и внутренних конструкций в надземной части зданий с нормальным и влажным режимом эксплуатации. Вследствие более низкой стойкости к воде и к растворенным в ней веществам силикатный кирпич в отличие от керамического нельзя применять для кладки фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя. Не допускается использовать силикатный кирпич для стен зданий с мокрым режимом эксплуатации (бань, прачечных и др.) без специальных мер защиты стен от увлажнения. Не разрешается использовать для кладки печей, труб, т.к. он не выдерживает длительного воздействия высокой температуры.

Силикатным бетоном называют затвердевшую в автоклаве уплотненную смесь, состоящую из кварцевого песка (70…80%), молотого песка (8…15%) и молотой негашеной извести (6…10%). Для него характерна более низкая коррозионная стойкость арматуры, что обусловлено слабой щелочностью среды. Стойкость арматуры надежно обеспечивается при влажности воздуха 60%. Как и цементные, силикатные бетоны классифицируются в зависимости от плотности, особенностей структуры, максимальной крупности и вида заполнителей, а также области применения.

Силикатные материалы. Керамика, стекло. Влияние технологии изготовления медизделий из силикатных материалов на их потребительные свойства





⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 21Следующая ⇒

Это неметаллические материалы!

Силикаты — соли кремневых кислот. В медицине испол силикатные материалы, полученные из кварцевого песка и глины. К силикатным материалам относятся керамика и стекло.

Керамика — изделия и материалы, изготовляемые соответствующей обработкой глиняного сырья с последующим обжигом отформованного и высушенного полуфабриката.

2 вида материалов из керамики: фарфор(низк.пористость, высок.прочн) и фаянс(высокая пористость, низкая прочность), которые отл по потребительным свойствам. Используется для изготовления санитарно-технических изделий, предметов ухода за больными (судна подкладные, поильники), аптечной и лабораторной посуды (стаканы, кружки, тигли, чашки для выпаривания), при зубопротезировании.

При производстве эндопротезов (кости, роговицы, клапана сердца) используются корундовая керамика (в основе до 99% оксида Al)

«+» ↑механическая прочность, биоинертность, отсутствие токсичности, аллергенности, травмирующего и раздражающего действия.

Стекло— это переохлажденные вещества, получаемые из жидких расплавов неорганических соединений и их смесей. Основой явл стеклообразуюшие оксиды, по которым стекла разделяют на: силикатные, алюмосиликатные, боросиликатные, алюмоборосиликатные, борофторалюмосиликатные. Достоинство стёкол – способн.к многократн.переплаву без изменения свойств.

По назначению классифицируют на химстойкие(ХТ), термостойкие(ХТ-1), электровакуумные, электрические, оптические и специальные (медицинские).

Потребительные свойства медицинских стекол опред их химическим составом. В изделиях из натурального стекла не допускаются крупные пузырьки и капилляры, грубая свиль (прозрачные нитевидные включения, обнаружив невооруженным глазом) и инородные включения. Изделия д выдерживать испытание на термостойкость с температурным перепадом в 120°С. Изменения pH при действии пара под давлением не д превыш 0,6.

В изделиях из щелочного стекла(АБ-1) не допускаются крупные и продавливающиеся пузыри, шамотные включения и грубая, ощутимая рукой свиль.



Оптическое стекло — испол для изготовления очковых линз и оптических элементов мед. приборов. В зависимости от хим состава делят на бесцветное или с нормальным светопропусканием и фотохромное. Фотохромное обл способностью темнеть при облучении УФ или коротковолновым видимым светом и просветляется при прекращении облучения. Фотохромные свойства связаны с наличием светочувствительных добавок: галогенидов Ag, Cd, Cu, вольфраматов и молибдатов Ag, ионов редкоземельных элементов (европия, церия, эрбия, иттербия).

Технологический процесс изготовления керамических изделий:

1. изготовление керамической массы;

2. формование изделий;

3. сушка отформованного изделия и спекание его;

4.обжиг;

5.охлаждение;

6.обработка;

7.сборка;

8 контроль качества;

9.маркировка;

10. упаковка

Керамическую массу готовят в виде водных или органических суспензий. Приготовленная масса обл ↑пластичностью, что обеспечивает формообразование. Формование осущ вручную (пластическое- гончарное дело) или машинным способом. Может осущ методом литья в гипсовую форму, тромбованием в форму, прессованием, протяжкой, выдавливанием через мундштук (экструзией). Сушка осущ с целью удаления излишка влаги из массы, что ↓пластичность материала и ↑формоустойчивость. При сушке набл объемная усадка. Обжиг проводят для снятия остаточных внутренних напряжений в специальных печах при температуре 1000-2000 °С, в зависимости от типа керамики. При необход материалы м подвергать механической обработке (точению, сверлению, фрезерованию) с прим абразивного и алмазного инструмента. Перспективными явл лучевая (лазерная) обработка изделий и с помощью УЗ. Сборка: все силикатные материалы м соединять клеевым способом — примен цементы и разл вяжущие (клеевые) композиции на основе синтетических смол. Контроль качества, маркировку и упаковку осущ в соотв с требованиями гос.стандарта на изделие.

 

Процесс изготовления стеклянных изделий:

1)приготовление шихты;

2 варка стекла;

3)формование изделия;

4)отжиг;

5)обработка;

6)сборка или соединение деталей;

7)контроль качества;

8) маркировка;

9)упаковка

Приготовление шихты: сырье для его изготовления содержит разл оксиды и минералы. Кремнезем вводят в шихту в виде кварцевого песка или молотого кварца.




Варка стекла- процесс получения однородного расплава, условно разделяют на несколько стадий: образование силикатов, стеклообразование, осветление, гомогенизация, охлаждение. Варку осущ в многотонных стекловаренных печах ванного типа. Стекла специального назначения (оптические и медицинские) — варят в тиглях. Формование осуще методами — прокаткой, прессованием, прессвыдуванием, выдуванием, вытягиванием на специальных стеклоформующих машинах. При прокатке горячую стеклянную массу пропускают между двумя валками, вращающимися навстречу один другому. Для улучшения светопропускания горячее листовое стекло после прокатки подвергают полированию на специальных установках.

Прессование испол в производстве стеклянной тары, архитектурных деталей, посуды. Выдувание осущ в производстве узкогорлой тары, сортовой (столовой) посуды, электровакуумных изделий. Прессвыдувание прим в машинном производстве широкогорлой посуды. Вытягивание требуется при изготовлении оконного и технического листового стекла, трубок, труб, стержней. Стеклянные изделия после изготовления подвергают отжигу при 400-600 °С для снятия остаточных внутренних напряжений. Сборка- соединяют клеевым способом, прим цементы и разл вяжущие (клеевые) композиции на основе синтетических смол.





18. Полимерные материалы. Основные определения, классификация и состав полимерных материалов. Особенности применения полимерных материалов в медицине.

Полимеры — ВМС, молекулы которых состоят из б числа группировок, соединенных химическими связями. Мономер — низкомолекулярное вещество, молекулы которого способны вступать в реакцию друг с другом или с молекулами других веществ с образованием полимера. Олигомеры — члены гомологических рядов, занимающих по размеру молекул область между ВМС и мономерами.

Полимерные материалы используют в стоматологии, для получения ЛС пролонгированного действия, перевязочных материалов, медицинских клеев, кровезаменителей.

Группы полимерных материалов:

-пластические массы,

-каучук,

-латекс,

-резина,

— клеи,

-волокна,

-пленки полимерные,

-лакокрасочные материалы и покрытия.

Пластические массы (пластмассы, пластики) — материалы, основу составляют полимеры, находящиеся в вязкотекучем или высокоэластическом состоянии, а при эксплуатации в стеклообразном или высококристаллическом. В медицине испол газонаполненные пластики (пенопласты) для изготовления шин вместо тяжелых гипсовых повязок.

Каучук – высокоэластичный продукт природного и синтетического происхождения, применяемый для изготовления резины.

Латекс – млечный сок каучуконосных растений (натуральный латекс) или водные коллоидные дисперсии синтетических полимеров (синтетические латексы)

Резина – эластичный материал, образующийся в результате вулканизации натурального или синтетического каучука. Это сетчатый эластомер – продукт поперечного сшивания химическими связями молекул каучука с вулканизирующим агентом. Способна к обратимой деформации.

Клеи — композиции на основе веществ, способных соединять (склеивать) разл материалы благодаря образованию между их поверхностями и клеевой прослойкой прочных адгезионных связей. Различают природные и синтетические клеи (например акрилатные и цианакрилатные).

Волокна — гибкие и прочные тела малых поперечных размеров, пригодные для изготовления пряжи, хирургических нитей и текстильных материалов (марли, бинтов). В медицине прим как природные (натуральный шелк, кетгут), так и химические волокна (искусственные — на основе эфиров целлюлозы и синтетические — лавсан, найлон).

Лакокрасочные материалы — составы преимущественно жидкие или пастообразные, которые после нанесения тонким слоем на твердую подложку высыхают с образованием твердой пленки — лакокрасочного покрытия. Они служат для защиты изделий от коррозии и атмосферных воздействий. К ним относятся лаки, краски, грунтовки, шпатлевки, эмали.

Классификация ВМС с точки зрения:

• происхождения;

• метода получения;

• строения полимерной цепи;

• состава основной цепи;

• формы макромолекул;

• электрических свойств;

•отношения к температуре,

• назначения.

В завис. от характера процессов, сопутствующих формованию изделия выделяют материалыреактопласты(переработка их сопровождается хим.реакцией образования сетчатого полимера- отверждением, и полимер не может снова стать текучим) и термопласты(нет отверждения)

Полимерные материалы состоят из нескольких взаимно совмещающихся и не совмещающихся компонентов. Поэтому бывают однофазными (гомогенными) или многофазными (гетерогенными, композиционными) материалами. В однофазных полимер явл основным компонентом, опред свойства материала. Остальные компоненты растворены в полимере и способны улучшать те или иные его свойства. В многофазных полимер выполняет функцию дисперсионной среды (связующего) по отношению к диспергированным в нем компонентам, составляющим самостоятельные фазы.

В состав могут входить наполнители полимерных материалов, пластификаторы, ↓температуру текучести и вязкость полимера, стабилизаторы полимерных материалов, замедляющие его старение, пигменты и красители.

Основная особенность применения полимерных материалов в медицине связана с тем, что они находятся в контакте с биологическими средами организма и могут в них растворяться без изменения молекулярн.массы или подвергаться биодеструкции по основным механизмам:

1) гидролиз с обр макромолекулярных осколков и мономеров;

2) каталитический гидролиз под влиянием ферментов;

3)фагоцитарное разруш-е.

Биологическая активность связана с образованием продуктов биодеструкции, а также с присутствием в полимерах остаточных мономеров и добавок (пластификаторов, стабилизаторов, красителей, наполнителей, эмульгаторов,инициаторов .

Выбирают для производства мед.изделий только те, которые:

•не выделяют токсичных и канцерогенных веществ;

•не травмируют живую ткань;

не вызывают свертывания крови и гемолиз;

•не вызывают денатурацию белков и ферментов;

• не нарушают электрический баланс;

• не вызывают отклонения в системе метаболизма;

·не подвергаются механич. разрушению под д-ем хим.в-в организма, ЛС, стерилизующих агентов

·не изменяют структуру поверхности



 











7 Силикатные материалы и изделия

АВТОКЛАВНОГО
ТВЕРДЕНИЯ

7.1 Общие сведения и классификация

Силикатными
называются искусственные каменные
материалы и изделия, получаемые из
извести, кремнеземистых составляющих
и воды, затвердевших в результате
автоклавной тепловлажностной обработки.
Сущность автоклавного твердения состоит
в следующем. Изделия на основе извести
в нормальных условиях имеют небольшую
прочность. Набор ее происходит
исключительно за счет твердения извести.
В среде насыщенного пара при температуре
174,5–200 °С и давлении 0,8–1,5 МПа кремнезем
приобретает активность и взаимодействует
с известью по схеме

Ca
(OH)2
SiO2+
(n – 1) H2O
→ CaO•SiO2nH2O.

Образуется
гидросиликат кальция – вещество высокой
прочности и водостойкости. Запаривание
изделий выполняется в автоклавах.

Способ
изготовления мелких камней из
известково-песчаной смеси с последующей
автоклавной обработкой был предложен
немецким ученым В. Михаэлисом в 1880 г.
Большой вклад в разработку технологии
изготовления и применения силикатных
материалов внесли П. И. Боженов, А. В.
Волженский и другие ученые.

К
группе силикатных материалов и изделий
относят бетоны и изделия из них, кирпич
и камни силикатные.

7.2 Силикатные бетоны и изделия из них

Силикатные
бетоны подразделяются на плотные и
легкие ячеистые. Основным сырьем для
плотных бетонов служат известь и
кварцевый песок. Рекомендуется применять
быстрогасящуюся кальциевую известь с
активностью более 70 %. Лучшим является
песок с шероховатой поверхностью.

Для
повышения прочности бетона применяют
известково-кре-мнеземистое вяжущее,
получаемое совместным помолом негашеной
извести и кварцевого песка до удельной
поверхности 3000–5000 см²/г, взятых в
соотношении от 30 : 70 до 50 : 50 %.

Тонкомолотый
песок оказывает большое влияние на
свойства бетонов. С возрастанием его
дисперсности повышаются прочность,
морозостойкость изделий.

В
качестве кремнеземистого компонента
вместо кварцевого песка могут применяться
кварцево-полевошпатовые пески,
металлургические шлаки, золы
ТЭС, нефелиновый шлам, отходы производства
аглопорита, керамзита.

Вода не должна
содержать вредных примесей.

Силикатные
бетоны могут изготавливаться
мелкозернистыми только на природных и
дробленых песках и с применением крупных
плотных или пористых заполнителей с
размером зерен не более 20 мм.

В
качестве заполнителей рекомендуется
применять щебень из доменного шлака,
щебень и песок аглопоритовые, гравий и
песок керамзитовые, щебень и песок
пористый из металлургического шлака.
К заполнителям предъявляются те же
требования, что и для цементного бетона.

Изделия
из силикатного бетона изготавливаются
чаще всего на оборудовании для изготовления
изделий на цементах.

Производство
изделий включает следующие технологические
операции: приготовление
известково-кремнеземистого вяжущего,
силикатобетонной смеси, формование
изделий и тепловлажностную их обработку
в автоклавах.

Измельчение
извести с песком до необходимой
дисперсности, т.е. получение
известково-кремнеземистого вяжущего,
производится в шаровых мельницах.
Приготавливают смесь в бетоносмесителях
принудительного смешивания. Основной
способ формования изделий – вибрирование.
Тепловлажностную обработку силикатных
изделий выполняют в автоклавах, которые
представляют собой цилиндрические
горизонтальные сосуды диаметром 2,0–3,6
и длиной 19–40 метров, закрываемые
герметически крышками. По длине автоклава
проложены рельсы, по которым загружаются
вагонетки с изделиями. Автоклав оборудован
магистралями для впуска и выпуска
насыщенного пара. После загрузки
автоклава крышки закрывают и впускают
пар по определенному режиму. Температура
пропаривания составляет 174,5–200 °С,
давление, как правило, – 0,8–1,3 МПа. Общее
время тепловлажностной обработки –
8–17 часов.

Плотные
силикатные бетоны по прочности на сжатие
подразделяются на классы от В5 до В60; на
марки: по морозостойкости от F35
до F600,
по водонепроницаемости от W2
до W10,
по средней плотности от Пл 1000 до Пл 2400.

Из
плотного силикатного бетона изготавливают
железобетонные плиты для покрытия
городских дорог, трамвайных путей,
тротуарные плитки, бортовые камни,
несущие армированные конструкции для
промышленного и гражданского строительства,
которые успешно заменяют конструкции
из цементного железобетона. Имеется
опыт применения тяжелых силикатных
бетонов для изготовления шпал с
предварительно напряженной арматурой,
тюбингов для тоннелей.

Арматурная
сталь в конструкциях, эксплуатируемых
при относительной влажности воздуха
до 60 % , не корродирует. При повышенной
влажности среды арматуру необходимо
защищать от коррозии.

Силикатные
бетоны на пористых заполнителях –
керамзите, аглопорите, шлаковой пемзе
и других применяются для изготовления
ограждающих конструкций зданий.

Ячеистые
силикатные бетоны с пено-и газообразователями
освещены в подразд. 4.9.2.

1. Общее описание силикатных материалов

В
1880 г. Немецкий ученый В. Михаэлис изобрел
метод, который был использован для
производства силикатного
(известково-песчаного) кирпича. К началу
двадцатого века в России было уже пять
заводов, выпускающих силикатный кирпич.

До
50-х годов единственным видом силикатных
автоклавных изделий были силикатный
кирпич и небольшие камни из ячеистого
силикатного бетона.
 Однако
благодаря работам российских ученых
впервые в мире было создано производство
крупноразмерных силикатобетонных
автоклавных изделий для сборного
строительства. В настоящие время почти
все элементы зданий и сооружений (
панели, плиты перекрытий, элементы
лестниц и др.) могут быть изготовлены
из армированного силикатного бетона,
который по своим свойствам почти не
уступает железобетонным, а благодаря
применению местных сырьевых материалов
и промышленных отходов обходится на
15…20% дешевле, чем аналогичные железобетонные
элементы на портландцементе.

2. Сырье для силикатных материалов и изделий

Одним
из основных компонентов сырьевой смеси,
из которой формуются изделия, служит
известь, которая обладает большой
химической активностью к кремнезему
при термовлажностной обработке. Именно
поэтому вторым основным компонентом
сырьевой смеси является кварцевый песок
или другие минеральные вещества,
содержащие кремнезем, например шлаки,
золы и др. Чтобы химическое взаимодействие
проходило достаточно интенсивно,
кремнеземистый компонент подвергают
тонкому измельчению. Чем более тонким
измельчение песка, тем выше должно быть
относительное содержание извести в
смеси. В качестве других компонентов
могут быть также введены заполнители
в виде немолотого кварцевого песка,
шлака, керамзита, вспученного перлита
и т. п.Для современного производства
силикатного кирпича используют сырьевую
смесь, в состав которой входит 90…95%
песка, 5…10% молотой негашеной извести
и некоторое количество воды.
3.
Общая технология получения силикатных
материалов

Технология
получения силикатных изделий обычно
складывается из
следующих этапов:

1.
Получение сырьевой смеси.
2. Прессование
изделий.
3. Обработка в автоклаве
изделий.
4. Выдержка готовых
изделий.
Производство силикатных
строительных материалов базируется на
гидротермальном синтезе гидросиликатов
кальция, который осуществляется в
реакторе-автоклаве в среде насыщенного
водяного пара давлением 0,8-1,3 МПа и
температурой 175-200°С. Для гидротермального
синтеза можно использовать при надлежащем
обосновании иные параметры автоклавизации,
применять обработку не только паром,
но и паровоздушной или парогазовой
смесью, водой.
В данном производстве
большой объем работ составляет процесс
получения извести для сырьевой смеси.
В технологический процесс производства
извести входят следующие операции:
добыча известкового камня в карьерах,
дробление и сортировка его по фракциям,
обжиг в шахтных вращающихся и других
печах, дробление или помол комовой
извести (получение негашеной
извести).
Получение сырьевой смеси
осуществляется двумя способами:
барабанным и силосным, которые отличаются
друг от друга приготовлением
известково-песчаной смеси.
Автоклав
представляет собой горизонтально
расположенный стальной цилиндр с
герметически закрывающимися с торцов
крышками. В автоклаве в атмосфере
насыщенного пара при давлении 0,8-1,3 МПа
и температуре 175-200°С кирпич твердеет
8…14ч.
Прочность автоклавных материалов
формируется в результате взаимодействия
двух процессов: структурообразования,
обусловленного синтезом гидросиликатов
кальция, и деструкции, обусловленной
внутренними напряжениями.
Для снижения
внутренних напряжений автоклавную
обработку проводят по определенному
режиму, включающему постепенный подъем
давления пара в течение 1,5-2 ч, изотермическую
выдержку изделий в автоклаве при
температуре 175-200°С и давлении 0,8-1,3 МПа
в течение 4-8 ч и снижение давления пара
в течение 2-4 ч. После автоклавной обработки
продолжительностью 8-14 ч получают
силикатные изделия.
Из автоклава
выгружают почти готовые изделия, которые
выдерживают 10…15дней для карбонизации
непрореагировавшей извести с углекислым
газом воздуха, в результате чего
повышается водостойкость и прочность
изделий.
Температура обработки и общие
энергозатраты при производстве
силикатного кирпича существенно ниже,
чем при производстве керамического,
поэтому силикатный кирпич экономически
эффективнее.4.
4Классификация и виды силикатных
материалов

Силикатные
материалы относятся к группе искусственных
каменных материалов на основе вяжущих
веществ.
Применение:
Некоторые
силикаты применяют для пропитки
древесины, чтобы придать ей огнеупорность.
Водный раствор силиката натрия
используется в качестве силикатного
клея.
Силикаты используются в качестве
поделочных камней.

Сегодня
природные силикатные материалы широко
используются в строительстве и
промышленности — как в качестве сырья,
так и конечного продукта.

Кремнезем
служит сырьем для цементной промышленности
— базовой в производстве современных
строительных материалов. Силикатные
глины — основное сырье для изготовления
строительной керамики — кирпича и
черепицы.

Кварцевый
песок также издревле используют для
изготовления стекла и керамики, в
качестве различных добавок и в чистом
виде. Негорючий гидросиликат асбест
широко применяется для изготовления
теплозащитных изделий и покрытий.

  1. СПОСОБЫ
    ОЧИСТКИ МЕТАЛЛА ПРИ ВЫПЛАВКЕ.

  2. РАЗНОВИДНОСТИ
    МИКРОСТРУКТУР КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ.

  1. ТЕПЛОПРОВОДНЫЕ
    СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Теплопроводность
— свойство материала пропускать тепло
через свою толщину. Теплопроводность
материала оценивают количеством тепла,
проходящим через образец материала
толщиной 1 м, площадью 1 м2
за 1 ч при разности температур на
противоположных плоскопараллельных
поверхностях образца, в 1°С. Теплопроводность
материала зависит от многих факторов:
природы материала, его структуры, степени
пористости, характера пор, влажности и
средней температуры, при которой
происходит передача тепла. Материалы
с закрытыми порами менее теплопроводны,
нежели материалы с сообщающимися порами.
Мелкопористые материалы имеют меньшую
теплопроводность, чем крупнопористые.
Это объясняется тем, что в крупных и
сообщающихся порах возникает движение
воздуха, сопровождающееся переносом
тепла. Теплопроводность однородного
материала зависит от плотности. Так, с
уменьшением плотности материала
теплопроводность уменьшается, и наоборот.
Общей зависимости между плотностью
материала и теплопроводностью не
установлено, однако для некоторых
материалов, имеющих влажность 1…7% по
объему, такая зависимость наблюдается.

На
теплопроводность значительное влияние
оказывает влажность. Влажные материалы
более теплопроводны, нежели сухие.
Объясняется это тем, что теплопроводность
воды в 25 раз выше теплопроводности
воздуха.

Теплопроводность
характеризует теплофизические свойства
материалов, определяя их принадлежность
к классу теплоизоляционных (А — до
0,082; Б — 0,082…0,116 и т. д.),
конструкционно-теплоизоляционных и
конструкционных (более 0,210). Теплопроводность
материала можно также характеризовать
термическим сопротивлением — величиной,
обратной теплопроводности.

Теплопроводность
имеет очень важное значение для
материалов, используемых в качестве
стен и перекрытий отапливаемых зданий,
для изоляции холодильников и различных
тепловых агрегатов (котлов, теплосетей
и т. п.). От величины теплопроводности
непосредственно зависят затраты на
отопление зданий, что особенно важно
при оценке экономической эффективности
ограждающих конструкций жилых домов и
др.

  1. ЭТАПЫ
    ЗОЛОЧЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ.

  1. ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ
    СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ.

Важнейшие
теплофизические свойства материалов
для РЭА — способность отводить тепло от
радиокомпонента –т.е.
1) теплопроводность;
2)
теплостойкость (нагревостойкость).

Теплоотдача, как известно, осуществляется
тремя физическими механизмами .
Теплопроводность –передача тепла через
твердое тело. Колебательное движение
атомов имеет волновой характер (фонон
— квант тепловой энергии продольных
атомных колебаний). Фононная теплопроводность
– основная в твердых телах при умеренных
температурах, но там, где есть подвижные
электроны –существует еще и электронная
теплопроводность, а при высоких
температурах в твердом теле есть и
фотонный перенос тепла. Количество
фононов в единице объёма зависит : от
теплоёмкости С ( Дж/м3К),
от средней длины пробега фонона (порядка
нескольких межатомных расстояний ( 1-10
нм ) и скорости движения , близкой к
скорости эвука Vзв
в этом материале
для
расчетов удобнее-
тепловая мощность, передаваемая через
поперечную площадку 1м2l
= 1 К/мТ/,
при градиенте температур
l –
температурный градиент, S — площадь .
Размерность теплопроводности- Дж/сек
.Т/Q/t
— мощность;
У материалов со свободными
электронами(металлов, легированных
должна быть выше, но естьполупроводников)
за счет электронов исключения — С — алмаз
и ВеО — ионная керамика. Для алмаза С —
500 Вт/м.
0,1 . Сравнительно
1 ; пластмассы 
360 ; Al — 200; Si — 130. Стекло К
; ВеО
дешевый тепло-(или хладо-) провод
для физического эксперимента можно
сделать из меди.
Но вот пример давления
потребительских свойств на конструктора.
Алмаз — очень дорог и трудно обрабатываем,
ВеО — очень токсичен ( в пылевидной форме)
в процессе производства, что мешает
широко использовать их как теплопроводящие
материалы. Зато синтетический нитрид
алюминия Al N –аналог алмаза по типу и
прочности связей- весьма перспективный
теплопроводный материал.


Тепловое
расширение и температурный коэффициент

линейного
расширения( ТКЛР)

Процесс
теплового расширения , т.е. увеличения
всех линейных размеров при нагревании
хорошо известен из школьной физики.

( КРазмерность
ТКЛР — -1
материала в том или ином диапазоне
температур.),
но практически важно знать
SiO2
= 0,5(кварц)
.10-5
К-1
( от 20 до 900оС
).
= 5Si
(кремний) .10-6
К-1

для полимерных материалов 5.10-5
К
Кварц
обладает уникально низким значением
ТКЛР и это замеча-тельно. Благодаря
этому кварц выдерживает резкие перепады
температур, термоудары, кварцевые
стабилизаторы частоты очень
термостабильны.
В технологии микросхем
мы неоднократно наносим пленку SiO2
на Si ( примерно при 800-1100оС).
И потом охлаждаем эту структуру до
комнатной температуры- ТКЛР вызывает
l/ l ,Т
— сразу дает сжатие
пленки и растяжение подложки, где
т.е.деформацию. А деформация в упругой
решетке кристалла порождает напряжения
по закону Гука, что может привести
В
неблагоприятных случаях к генерации
дислокаций.
Нагревостойкость
При повышенных температурах в материалах

Возможны различные процессы : для
стекол — размягчение , для п/п и металлов
— легче возникают и движутся дислокации,
для пластмасс разрушаются-рвутся
молекулярные связи (т.е. происходят
необратимые изменения в материале).
Таким
образом, нагревостойкость — свойство
сохранять состав и структуру при
повышенных температурах.

Стойкость
к термоудару без разрушения

Rту

в
— сложное термомеханическое свойство.
Для металлов этот параметр
весьма значителен, для хрупких керамик
— не очень, кварц и ВеО ( брокерит) —
рекордсмены.
Пример:Сделать
радиолампу без стекла или керамики
нельзя , а выводы лампы за доли минуты
после включения нагреваются до сотен
градусов. На границе вывод-диэлектрик
возникают значительные напряжения.

  1. ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ
    СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ. ПРИМЕРЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Свойства,
связанные с воздействием на материал
воды, называются гидрофизическими.

Гигроскопичность
— свойство пористо-капиллярного
материала поглощать влагу из
воздуха.
Степень поглощения зависит
от температуры и относительной влажности
воздуха. С увеличением относительной
влажности и снижением температуры
воздуха гигроскопичность повышается.

Гигроскопичность характеризуют
отношением массы поглощенной материалом
влаги при относительной влажности
воздуха 100% и температуре +20 °С к массе
сухого материала.
Гигроскопичность
отрицательно сказывается на качестве
строительных материалов. Так, цемент
при хранении под влиянием влаги воздуха
комкуется и снижает свою прочность.
Весьма гигроскопична древесина, от
влаги воздуха она разбухает, коробится,
трескается.
Чтобы уменьшить
гигроскопичность деревянных конструкций
и предохранить их от разбухания, древесину
покрывают масляными красками и лаками,
пропитывают полимерами, которые
препятствуют проникновению влаги в
материал.
Капиллярное
всасывание

— свойство пористо-капиллярных материалов
поднимать воду по капиллярам. Оно
вызывается силами поверхностного
натяжения, возникающими на границе
раздела твердой и жидкой фаз.
Капиллярное
всасывание характеризуют высотой
поднятия уровня воды в капиллярах
материала, количеством поглощенной
воды и интенсивностью всасывания. Когда
фундамент находится во влажном грунте,
грунтовые воды могут подниматься по
капиллярам и увлажнять низ стены здания.

Во избежание сырости в помещении
устраивают слой гидроизоляции отделяющий
фундамент от стены.
С увеличением
капиллярного всасывания снижаются
прочность, стойкость к химической и
морозостойкость строительных
материалов.
Водопоглощение
— свойство материала при непосредственном
соприкосновении с водой впитывать и
удерживать ее в своих порах.
Водопоглощение
выражают степенью заполнения объема
материала водой (водопоглощение по
объему Wо) или отношением количества
поглощенной воды к массе сухого материала.

Водопоглощение различных материалов
находится в широких пределах (% по массе):

гранита 0,02…1;
плотного тяжелого
бетона 2…5;
керамического кирпича
8…25;
асбестоцементных прессованных
плоских листов — не более 18;

теплоизоляционных материалов 100 и
более.
У высокопористых материалов
водопоглощение по массе может превышать
пористость, но водопоглощение по объему
всегда меньше пористости, так как вода
не проникает в очень мелкие поры, а в
очень крупных не удерживается.
Водопоглощение плотных материалов
(сталь, стекло, битум) равно нулю.

Водопоглощение отрицательно сказывается
на других свойствах материалов: понижаются
прочность и морозостойкость, материал
набухает, возрастает его теплопроводность
и увеличивается плотность.

Влажность
— отношение массы воды, находящейся в
данный момент в материале, к массе (реже
к объему) материала в сухом состоянии.

Вычисляется по тем же формулам, что
и водопоглощение, и выражается в
процентах. При этом массу материала
берут в естественно влажном, а не в
насыщенном водой состоянии.
При
транспортировании, хранении и применении
материалов имеют дело не с водопоглощением,
а с их влажностью. Влажность меняется
от 0 % (для абсолютно сухих материалов)
до значения полного водопоглощения и
зависит от пористости, гигроскопичности
и других свойств материала, а также от
окружающей среды — относительной
влажности и температуры воздуха, контакта
материала с водой и т. д.
Для многих
строительных материалов влажность
нормирована. Например, влажность молотого
мела — 2 %, комового — 12, стеновых
материалов — 5…7, воздушно- сухой
древесины 12…18%.
Поскольку свойства
сухих и влажных материалов весьма
различны, необходимо учитывать как
влажность материала, так и его способность
к поглощению воды.
Во всех случаях —
при транспортировании, хранении и
применении — строительные материалы
предохраняют от увлажнения.
Водостойкость
— свойство материала сохранять прочность
при насыщении его водой.
Критерием
водостойкости строительных материалов
служит коэффициент размягчения Кр =
К/Кс— отношение прочности при сжатии
материала, насыщенного водой прочности
сухого материала Кс — Он изменяется от
0 (для глины) до 1 (стекло, металлы).

Материалы, у которых коэффициент
размягчения больше 0,75, называют
водостойкими.
Влагоотдача
— свойство материала терять находящуюся
в его Числовой характеристикой влагоотдачи
является количеством воды (в%), испарившейся
из образца в течение 1 суток при тнмпературе
20 °С и относительной влажности воздуха
60 %.
Влагоотдачу учитывают, например,
при уходе за твердеющим бетоном, при
сушке оштукатуренных известковым
раствором стен и перегородок.
В первом
случае желательна замедленная, а во
втором — быстрая влагоотдача.

Водопроницаемость
— свойство материала пропускать через
себя воду под давлением.
Степень
водопроницаемости в основном зависит
от строения и пористости материала. Чем
больше в материале открытых пор и пустот,
тем больше его водопроницаемость.
Водопроницаемость
характеризуют коэффициентом фильтрации
(м/ч) — количеством воды (в м3), проходящей
через материал площадью 1 м2, толщиной
1 м за 1 час при разности гидростатического
давления на границах стенки 9,81 Па.
Чем
ниже коэффициент фильтрации, тем выше
марка материала по водонепроницаемости.

Водонепроницаемыми являются плотные
материалы (гранит, металлы, стекло) и
материалы с мелкими замкнутыми порами
(пенопласты).
Для гидроизоляционных
материалов важна оценка не водопроницаемости,
а их водонепроницаемости, которая
характеризуется или временем, по
истечении которого появляется просачивание
воды под определенным давлением через
образец материала (мастика, гидроизол),
или максимальным давлением воды, при
котором она еще не проходит через образец
материала за время испытания (специальные
строительные растворы).

Воздухе-,
газо- и паропроницаемость

— свойства материала пропускать через
свою толщу соответственно воздух, газ
и пар.
Они зависят главным образом от
строения материала, дефектов его
структуры и влажности.
Количественно
воздухо- и газопроницаемость характеризуются
коэффициентами воздухо- и газопроницаемости,
которые равны количеству воздуха (газа)
(м3), проходящего в течение 1 ч через 1 м2
материала толщиной в 1 м при разности
давлений на поверхность в 9,81 Па.
Воздухо-
и газопроницаемость выше, если в материале
больше сообщающихся пор; наличие воды
в порах понижает эти свойства
материала.
Паропроницаемость
возникает при различном содержании и
упругости пара по обе стороны поверхности,
что зависит от темпертуры водяных паров
и характеризуется коэффициентом
паропроницаемости, который равен
количеству водяного пара (в г), проникающего
в течение 1 ч через 1 м2 материала толщиной
1 м при разности давлений пара на
поверхностях 133,3 Па.
Стеновые и
отделочные материалы должны обладать
определенной проницаемостью, должны
«дышать». Достаточные газо- и
паропроницаемость стеновых материалов
предотвращают разрушение стен снаружи
от мороза и при последующем
оттаивании.
Паронепроницаемые материалы
располагают с той стороны ограждения,
с которой содержание пара в воздухе
больше.
Материалы, насыщенные водой,
практически газонепроницаемы.
Лакокрасочные
покрытия либо уменьшают, либо сохраняют
паропроницаемость строительных
материалов.
Чем меньше паропроницаемость
лакокрасочной пленки, тем выше ее
антикоррозионные свойства.
Морозостойкость
— свойство материала в насыщенном водой
состоянии выдерживать многократное
число циклов попеременного замораживания
и оттаивания без видимых признаков
разрушения и без значительного снижения
прочности и массы.
Морозостойкость
— одно из основных свойств, характеризующих
долговечность строительных материалов
в конструкциях и сооружениях. При смене
времен года некоторые материалы,
подвергаясь периодическому замораживанию
и оттаиванию в обычных атмосферных
условиях, разрушаются. Это объясняется
тем, что вода, находящаяся в порах
материала, при замерзании увеличивается
в объеме примерно на 9…10%; только очень
прочные материалы способны выдерживать
это давление льда (200 МПа) на стенки
пор.
Высокой морозостойкостью обладают
плотные материалы, которые имеют малую
пористость и закрытые поры.
Материалы
пористые с открытыми порами и соответственно
с большим водопоглощением часто
оказываются не морозостойкими. Материалы
у которых после установленных для них
стандартом испытаний, состоящих из
попеременного многократного замораживания
(при температуре не выше —17 °С) и
оттаивания (в воде), не появляются
трещины, расслаивание, выкрашивание и
которые теряют не более 25 % прочности и
5 % массы, считаются морозостойкими.
По
морозостойкости, т. е. по числу выдерживаемых
циклов замораживания и оттаивания,
материалы подразделяют на марки:
Мрз;
15; 25; 35; 50; 100; 150; 200; 300; 400 и 500.
Так, марка
по морозостойкости штукатурного раствора
Мрз 50 означает, что раствор выдерживает
не менее 50 циклов попеременного
замораживания и оттаивания без потерь
прочности и массы.
Важно понять, что
для пористых материалов особенно опасно
совместное действие воды и знакопеременных
температур. Морозостойкость зависит
от состава и структуры материала, она
снижается с уменьшением коэффициента
размягчения и увеличением открытой
пористости.
Критерий морозостойкости
материала — коэффициент морозостойкости
Кмрз = Кмрз/Кнас — отношение предела
прочности при сжатии материала после
испытания к пределу прочности при сжатии
водонасыщенных образцов, не подвергнутых
испытанию, в эквивалентном возрасте.

Для морозостойких материалов мрз
должен быть более 0,75. Принято также
считать, что если коэффициент размягчения
камня не ниже 0,9, то каменный материал
морозостоек.

  1. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ
    РЕШЕТКИ МЕТАЛЛОВ.

  2. КОМПОЗИТНЫЙ
    МАТЕРИАЛ, СОСТАВНЫЕ ЧАСТИ. ПРИМЕР С
    УКАЗАНИЕМ СОСТАВА.

Композитный
материал, также называемый композиционный
материал или композит — это искусственно
созданный неоднородный сплошной
материал, состоящий из двух или более
компонентов, различных по физическим
и химическим свойствам, которые остаются
раздельными на макроскопическом уровне
в финишной структуре.

Механическое
поведение композита определяется
соотношением свойств армирующих
элементов и матрицы, а также прочностью
связи между ними. Эффективность и
работоспособность материала зависят
от правильного выбора исходных компонентов
и технологии их совмещения, призванной
обеспечить прочную связь между
компонентами при сохранении их
первоначальных характеристик. 

Самый
примитивный композитный материал –
это кирпичи из глины и соломы, которые
применялись в строительстве еще в
древнем Египте. Космические корабли
служат примерами самых продвинутых
композитов, выдерживающих работу в
экстремальных средах. Самый распространенный
композит это асфальтобетон или цемент
со стальной арматурой. Также мы можем
встретить его и на кухне, где из
композитного материала делают столешницы,
с гранитной или мраморной крошкой. 

В
состав композитного материала входит
две категории элементов: матрица и
армирующее вещество. Здесь
надо отметить, что слово «матрица»
приобрело несколько искаженное значение.
Им часто называют оснастку или форму,
по которой создается изделие. Далее
слово «матрица» употребляется только
в значении связующего вещества в
композитном материале.

Материал
матрицы окружает и фиксирует армирующий
материал, придает изделию форму.
Армирующее вещество передает изделию
свои механические и физические свойства,
и, таким образом, усиливает свойства
матрицы. Такая взаимосвязь позволяет
создать более совершенный материал с
набором свойств, недоступным каждому
из входящих в его состав материалов в
отдельности. Широкая гамма армирующих
и матричных материалов дает возможность
создавать материал с теми свойствами,
которые соответствуют назначению
изделия.

Для
того, чтобы придать форму композитному
материалу используется оснастка.
Матричный материал укладывается в
оснастку вместе с армирующим материалом.
Затем матрица застывает, тем самым
создавая форму изделия. В зависимости
от того, что за материал используется
в качестве матрицы, этот процесс называют
химической полимеризацией или
схватыванием.

Термин
«композитный материал» наиболее часто
применяется в отношении композитов на
основе полимерных матриц или смолы.
Полимеры очень разнообразны, нам
интересно несколько видов (называемых
по названию основных веществ в их
составе) – эпоксидные, полиэфирные,
винилэфирные, фенольные, полипропиленовые
и пр. В качестве армирующих веществ
наиболее распространены волокна и
сыпучие вещества. Большое влияние на
свойства композитного материала
оказывает итоговое соотношение матрицы
и армирующих волокон. Чем меньше в
изделии смолы, тем прочнее изделие.
Совершенствование технологии в области
формование направлено на достижение
идеальных пропорций компонентов в
материале. 

Силикатные материалы и изделия

Силикатные,
гипсовые и асбоцементные материалы
относятся к безобжиговым изделиям и
составляют значительную группу
строительных материалов из искусственного
камня.

Силикатный
кирпич.
Материалами
для изготовления силикатного кирпича
являются чистый кварцевый песок (92 —
95%), воздушная известь (5 — 8%) и вода (около
7%) . Кварцевый песок в производстве
силикатного кирпича применяют немолотый
или в виде сме­си немолотого и молотого.
Допускаются
равномерно распределённые глинистые
примеси в количестве не более 10%. При
таком содержании они несколько повышают
удобоукладываемость смеси. Крупные
включения глины в песке не допускаются.

Силикатный
кирпич изготавливают путем прессования
смеси под давлением 15-20МПа с последующим
пропариванием в автоклаве под давлением
0,8МПа и температуре 174оС
в течении 6-8 часов. Давление плавно
поднимают и снижают . Длительность
процесса 10-14 часов.

Этот
строительный материал по своей форме,
размерам и основному назначению не
отличаются от глиняного кирпича.
Теплоизоляционные
качества стен из силикатного и
керамического кирпича практически
равны, водо-, морозо- и огнестойкость
меньше.
Морозостойкость М
рз

-15циклов. Его нельзя использовать для
кладки фундаментов, цоколей, наружных
стен, помещений с высокой влажностью
воздуха, а также для кладки печей.
Себестоимость силикатного кирпича на
25…35% ниже, чем керамического.

Кроме силикатного
кирпича таким же способом изготовляют
золосиликатный (зольный) кирпич, в нём
частично или целиком песок заменён
золой топлива. Этот кирпич легче
силикатного и имеет более низкую
теплопроводность. По прочности и
стойкости зольный кирпич ус­тупает
силикатному. Применяют зольный кирпич
для возведения кладки стен зданий малой
этажности (до трёх этажей), а также для
стен верхних этажей многоэтажных зданий.

Крупноразмерные
изделия из силикатного бетона.

Силикатным бето­ном называют
затвердевшую в автоклаве уплотнённую
смесь, состоя­щую из кварцевого песка
(70 — 80%), молотого песка (8-15%) и молотой
негашеной извести (6 — 10%). Из силикатного
бетона маркой не ниже М-150, с при­менением
тепловлажностной обработки в автоклаве,
изготовляют круп­ные стеновые блоки
внутренних несущих стен, панели перекрытий
и несу­щих перегородок, ступени, плиты,
балки. Элементы, работающие на из­гиб,
армируют стержнями и сетками.

Не рекомендуется
применять плотные силикатобетонные
изделия для фундаментов и других
конструкций, работающих в условиях
высокой влаж­ности.

Минеральные вяжущие вещества

Минеральные вяжущие
вещества получают путем обжига в печах
природных каменных материалов (известняка
гипса, ангидрита, доломита, магнезита).
Куски полученные после обжига , путем
помола превращаются в тонкий порошок.
Чем меньше размер зерен после помола,
тем выше активность вяжущего. Вяжущие
вещества при смешивании с водой способны
переходить из жидкого (тестообразного)
в камневидное состояние.

Вяжущие вещества
делятся на две группы:

  1. Воздушные вяжущие
    вещества, способные твердеть и длительно
    сохранять свою проч­ность только на
    воздухе, во влажных условиях они
    снижают или теряют прочность .

  2. Гидравлические
    вяжущие вещества, твердеют и длительно
    сохраняют свою проч­ность не только
    на воздухе, но и в воде. В отличии от
    воздушных они имеют более высокую
    прочность , поэтому шире применяются
    в строительстве.

К воздушным вяжущим
веществам относятся: воздушная известь,
гип­совые вяжущие, магнезиальные
вяжущие и жидкое (растворимое) стекло.
К гидравлическим вяжущим относятся:
гидравлическая известь, романцемент,
портландцемент и его разновидности.

Вяжущие вещества
широко применяются в строительстве для
изготов­ления строительных растворов,
бетонов, бетонных и железобетонных
из­делий.

Кирпичная и каменная
кладки, бетон были известны человечеству
ещё в доисторические времена, до
изобретения им вяжущих веществ. Взамен
вяжущих применялось пластическое
глиняное тесто, которое, высыхая,
превращалось
в камнеподобный материал. Так как между
глиной и водой никаких химических
реакций не
протекает,
то высохшая и окаменевшая глина под
действием воды может снова размокнуть
и потерять прочность и связанность. В
сухом климате или в условиях, исключающих
увлажне­ние, глиняное тесто и в
настоящее время используется как
заменитель вя­жущих. В наше время
глиняные растворы применяются при
кладке печей и возведения стен зданий
в сухом климате.

Воздушная
известь.
Строительную
воздушную известь получают путем обжига
при температуре 1000-1200оС
известняков или других горных пород,
содержащих углекислый кальций. На
строительство известь поступает в виде
кусков белого или серого цвета(комовая
известь или кипелка). Негашеная известь
химически соединяется с водой и образует
гашеную (гидратную) известь. При гашении
ограниченным количеством воды известь
распадается, образуя тонкий порошок,
называемый пушонкой. При большом
количестве воды образуется известковое
тесто. Известь применяют для приготовления
строительных раство­ров, в производстве
известково-пуццолановых вяжущих, для
изготовления силикатного кирпича,
силикатных и пеносиликатных изделий,
шлакобе­тонных блоков, а также в
качестве покрасочных составов.
Существенный недостаток воздушной
извести – невысокая прочность и малая
стойкость во влажных условиях.

Строительный
гипс (алебастр)

получают путем обжига природного
гипсового камня с последующим размолом
в тонкий порошок. В
зависимости от тонкости помола и
прочности
строительный
гипс делится на три сорта марок 35, 45, 55.
Стро­ительный
гипс
применяют для изготовления стеновых
панелей, плит и кам­ней для внутренних
перегородок зданий, сухой штукатурки,
архитектурно-отделочных деталей.
Гипсовые
вяжущие вещества
применяются в виде гипсового теста в
кладочных
и штукатурных растворах, бетонах,
производ­стве теплоизоляционных
материалов, искусственного мрамора и
других декоративных изделий. По пределу
прочности на сжатие гипсовые вяжу­щие
вещества делятся на четыре марки: 50,100,
150,200 . При воздействии влаги прочность
затвердевшего гипса значительно
снижается , поэтому его применяют в
помещениях с влажностью до 60%.

Maгнезиальные
вяжущие.
Различают
два вида магнезиальных вяжу­щих —
каустический магнезит и каустический
доломит. Применяют магне­зиальные
вяжущие для изготовления бесшовных
ксилолитовых полов, пе­регородочных
плит, плит для облицовки стен, а также
ступеней и теплоизо­ляционных
изделий
и т. п.

Растворимое
(жидкое) стекло.
Растворимое
стекло представляет собой калиевый или
натриевый силикат. Натриевое жидкое
стекло используется для приготовления
кислотоупорного цемента, огнезащитных
красок и об­мазок, для закрепления
(силикатизации) фунтов, защиты природных
ка­менных материалов.

Портландцемент.
Является
важнейшим гидравлическим вяжущим
ве­ществом. Его выпуск составляет
около 80% от выпуска
всех вяжущих. Высокая
прочность, способность быстро твердеть
на воздухе и в воде, относительно низкая
стоимость сделали портландцемент самым
рас­пространённым вяжущим. Его
применяют для изготовления бетонных и
железобетон­ных конструкций, для
строительных растворов высокой прочности.
Сырьем для портландцемента служат
природные ископаемые – мергеля или
смесь из 73% известняка, 25% глины, 2% гипса.
Размолотое сырье обжигают и производят
помол спекшейся смеси – клинкера в
тонкий порошок. Порошок, затворенный
водой, образует тесто, которое быстро
твердеет в течение первых трех суток и
твердение в основном заканчивается на
28 сутки, достигая марочной прочности.
При благоприятных условиях прочность
бетона на портландцементе продолжает
возрастать и может в 2-3 раза превысить
марочную (28-суточную). Нормальные условия
твердения – это 15
о
С и влажная
атмосфера. При 0
о
С и ниже
тесто замерзает, и прочность не
увеличивается. Прочность характеризуется
маркой.
Марку устанавливают по пределу прочности
при изгибе и сжатии образцов в виде
брусков из цементного раствора состава
1:3 с водой через 28 суток после изготовления.
Выпускают портландцемент
марок 300, 400, 500 и 600. Хранить цемент в сухом
месте не более 6 месяцев. Портландцемент
не рекомендуется применять для
конструкций,
которые
будут подвергаться действию напора
морской, минеральной или пресной воды.

Кремний

| Свойства, использование, символ и факты

Кремний (Si) , неметаллический химический элемент семейства углерода (группа 14 [IVa] периодической таблицы). Кремний составляет 27,7% земной коры; это второй по распространенности элемент в коре, уступающий только кислороду.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Британская викторина

118 Названия и символы из таблицы Менделеева

Ag

Название silicis происходит от латинского слова Silix или silicis , что означает «кремень» или «твердый камень».Аморфный элементарный кремний был впервые выделен и описан как элемент в 1824 году шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом. Загрязненный кремний был получен уже в 1811 году. Кристаллический элементарный кремний не был получен до 1854 года, когда он был получен как продукт электролиза. Однако в форме горного хрусталя кремний был знаком еще древним египтянам, которые использовали его для изготовления бус и маленьких ваз; ранним китайцам; и, вероятно, многим другим древним. Изготовлением стекла, содержащего кремнезем, занимались как египтяне — по крайней мере, еще в 1500 г. до н. Э. — так и финикийцы.Конечно, многие из встречающихся в природе соединений, называемых силикатами, использовались в различных видах строительного раствора для строительства жилищ древними людьми.

Свойства элемента
атомный номер 14
атомный вес 28.086
точка плавления 1410 ° C (2570 ° F)
точка кипения 2355 ° C (4270 ° F)
плотность 2.33 г / см 3
степень окисления −4, (+2), +4
электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 p 6 3 с 2 3 p 2

Возникновение и распространение

По весу содержание кремния в земной коре превышает только кислород. Оценки космического содержания других элементов часто приводятся в терминах числа их атомов на 10 6 атомов кремния.Только водород, гелий, кислород, неон, азот и углерод превосходят кремний по количеству в космосе. Кремний считается космическим продуктом поглощения альфа-частиц при температуре около 10 9 К ядрами углерода-12, кислорода-16 и неона-20. Энергия, связывающая частицы, образующие ядро ​​кремния, составляет около 8,4 миллиона электрон-вольт (МэВ) на нуклон (протон или нейтрон). По сравнению с максимумом около 8,7 миллионов электрон-вольт для ядра железа, почти вдвое более массивного, чем у кремния, эта цифра указывает на относительную стабильность ядра кремния.

Чистый кремний слишком реакционноспособен, чтобы его можно было найти в природе, но он содержится практически во всех породах, а также в песке, глинах и почвах, в сочетании либо с кислородом в виде кремнезема (SiO 2 , диоксид кремния), либо с кислородом и другие элементы (например, алюминий, магний, кальций, натрий, калий или железо) в виде силикатов. Окисленная форма, такая как диоксид кремния и особенно силикаты, также распространена в земной коре и является важным компонентом мантии Земли. Его соединения также встречаются во всех природных водах, в атмосфере (в виде кремнистой пыли), во многих растениях, а также в скелетах, тканях и жидкостях тела некоторых животных.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

В составе соединений диоксид кремния встречается как в кристаллических минералах (например, кварц, кристобалит, тридимит), так и в аморфных или кажущихся аморфными минералах (например, агат, опал, халцедон) на всех участках суши. Природные силикаты характеризуются своим обилием, широким распространением, сложностью структуры и состава. Большинство элементов следующих групп периодической таблицы содержится в силикатных минералах: группы 1–6, 13 и 17 (I – IIIa, IIIb – VIb, VIIa).Эти элементы называют литофильными или любящими камни. Важные силикатные минералы включают глины, полевой шпат, оливин, пироксен, амфиболы, слюды и цеолиты.

Свойства элемента

Элементарный кремний производят в промышленных масштабах путем восстановления диоксида кремния (SiO 2 ) с помощью кокса в электрической печи, а затем очищают нечистый продукт. В небольших масштабах кремний можно получить из оксида восстановлением алюминием. Практически чистый кремний получают восстановлением тетрахлорида кремния или трихлорсилана.Для использования в электронных устройствах монокристаллы выращивают путем медленного извлечения затравочных кристаллов из расплавленного кремния.

Чистый кремний — твердое вещество темно-серого цвета с металлическим блеском и октаэдрической кристаллической структурой, такой же, как у алмазной формы углерода, с которой кремний имеет много химического и физического сходства. Пониженная энергия связи в кристаллическом кремнии делает этот элемент более мягким и химически более активным, чем алмаз. Была описана коричневая порошкообразная аморфная форма кремния, которая также имеет микрокристаллическую структуру.

Поскольку кремний образует цепи, подобные тем, которые образованы углеродом, кремний был изучен как возможный основной элемент для кремниевых организмов. Однако ограниченное количество атомов кремния, которые могут катенировать, значительно сокращает количество и разнообразие соединений кремния по сравнению с соединениями углерода. Окислительно-восстановительные реакции не являются обратимыми при обычных температурах. В водных системах стабильны только степени окисления кремния 0 и +4.

Кремний, как и углерод, относительно неактивен при обычных температурах; но при нагревании он активно реагирует с галогенами (фтором, хлором, бромом и йодом) с образованием галогенидов и с некоторыми металлами с образованием силицидов.Как и в случае с углеродом, связи в элементарном кремнии достаточно сильны, чтобы требовать больших энергий для активации или ускорения реакции в кислой среде, поэтому на него не действуют кислоты, за исключением фтористоводородной. При нагревании красным кремний подвергается воздействию водяного пара или кислорода, образуя поверхностный слой диоксида кремния. Когда кремний и углерод объединяются при температурах электропечи (2 000–2 600 ° C [3 600–4 700 ° F]), они образуют карбид кремния (карборунд, SiC), который является важным абразивом. С водородом кремний образует серию гидридов, силанов.В сочетании с углеводородными группами кремний образует серию органических соединений кремния.

Известны три стабильных изотопа кремния: кремний-28, который составляет 92,21% элемента в природе; кремний-29 4,70%; кремний-30 — 3,09%. Известно пять радиоактивных изотопов.

Элементарный кремний и большинство кремнийсодержащих соединений не токсичны. Действительно, ткани человека часто содержат от 6 до 90 миллиграммов кремнезема (SiO 2 ) на 100 граммов сухого веса, а многие растения и низшие формы жизни ассимилируют кремнезем и используют его в своих структурах.Однако вдыхание пыли, содержащей альфа-SiO 2 , вызывает серьезное заболевание легких, называемое силикозом, которое часто встречается у шахтеров, камнерезов и керамистов, если не используются защитные устройства.

.

Каковы области применения жидкого и твердого силиката натрия?

Поставщики …

  • Поставщики …
  • Новости о …
  • Статьи о …
  • Компании назывались …
  • Возможности для бизнеса для …


Поиск

  • БИЗНЕС

    • Купить
    • Продать
    • Справочник
    • Больше бизнеса
  • СОДЕРЖАНИЕ

    • Дом
    • Новости
    • Отрасли промышленности
    • Инструменты
  • ИНДЕКС ПРОДУКТА

    • А
      B
      C
      D
      E
      F
      г
      ЧАС
      я
      J
      K
      L
      M
      N
      О
      п
      Q
      р
      S
      Т
      U
      V
      W
      Икс
      Y
      Z
      0-9
      Другой
  • ДРУГИЕ КАНАЛЫ

    • Виды спорта
  • БОЛЬШЕ

    • Справка
    • Промышленная реклама
    • Зарегистрируйтесь бесплатно
    • Зарегистрировать мою компанию
    • FAQ
    • Следуйте за нами на

    • Около
  • ЯЗЫК

    • Español
    • Английский
    • Deutsch
  • Логин
  • Объявление
  • Связаться с нами
  • Меню

      • Бизнес

.

Силикаты и кремнеземы — Справочник по химической экономике (CEH)

Опубликован в декабре 2017 г.

Этот отчет охватывает рынки силикатов и кремнеземов. В частности, он охватывает силикаты натрия, кальция, циркония, калия и магния, а также этилсиликат. Он также охватывает специальные диоксиды кремния: осажденный диоксид кремния, коллоидный диоксид кремния, силикагель, коллоидный диоксид кремния и плавленый диоксид кремния.

Силикаты натрия составляют 92% мирового потребления силикатов.Моющие средства для стирки представляют собой крупнейший рынок силикатов натрия в большинстве регионов как для прямого, так и для косвенного использования. Другой важный рынок прямого использования — это целлюлозно-бумажная промышленность, где силикат натрия используется в основном для стабилизации перекиси водорода при отбеливании целлюлозы и для удаления краски с переработанной бумаги. На осажденный кремнезем приходится около 62% мирового потребления кремнезема.

На следующих круговых диаграммах показано мировое потребление силикатов.

Согласно прогнозам, мировое потребление силиката натрия будет расти почти на 2% ежегодно в течение 2017–22 годов.Китай является ведущим потребителем, на долю которого приходится около 36% от общего мирового потребления, за ним следуют Западная Европа, США и другие страны Азии. В дополнение к множеству непосредственных применений силикат натрия расходуется на последующее производство производных силикатов, кремнеземов и алюмосиликатов, включая цеолиты. Эти производные составляют значительный процент от общего потребления силиката натрия.

Мировое потребление силиката калия, по прогнозам, будет расти в среднем на 1.5% ежегодно в течение 2017–22 гг. Другая Азия является ведущим потребителем, на долю которого приходится почти 42% от общего мирового потребления, за ней следуют Центральная и Южная Америка с примерно 21%, Китай с примерно 18% и Западная Европа с почти 10%. Силикат калия используется в качестве связующего в сварочных стержнях и на некоторых других рынках. Он также используется в качестве моющего компонента как в потребительских, так и в промышленных и институциональных (I&I) продуктах, а также в различных покрытиях на водной основе для строительной отрасли.

Мировое потребление силиката кальция вырастет примерно в 2 раза.5% ежегодно в течение 2017–22 гг. Китай, где силикат кальция используется в качестве добавки к пластикам и каучукам, на сегодняшний день является ведущим регионом-потребителем с почти 34% мирового потребления. Силикаты кальция — это аморфные нерастворимые в воде порошки, осажденные из растворов силиката натрия, которые действуют как специальные носители (особенно масел), регуляторы текучести и наполнители.

Согласно прогнозам, мировое потребление силиката циркония будет расти на 0,9% ежегодно в течение 2017–22 годов. Китай является ведущим регионом-потребителем, на который приходится почти 83% от общего мирового спроса.Силикат циркония используется в производстве огнеупорных материалов, где необходима устойчивость к коррозии под действием щелочных материалов. Он также используется в керамике, керамической глазури и эмали.

Следующая круговая диаграмма показывает мировое потребление специальных кремнеземов:

Осажденный кремнезем является движущей силой для специальных кремнеземов и движется «зеленой революцией», направленной на соблюдение экологических и законодательных норм для повышения эффективности автомобильного топлива.Прогнозируется, что в 2017–22 годах он будет расти почти на 4% ежегодно. Китай является ведущим регионом-потребителем, за ним следуют Прочая Азия и Западная Европа.

Коллоидный диоксид кремния (золь диоксида кремния), который имеет гораздо меньший размер частиц и более низкую тенденцию к слипанию, используется в суспензиях химико-механической планаризации (ХМР), что является причиной его ускоренного роста. Его потребление также растет на целлюлозно-бумажных фабриках как часть системы удержания / дренажа с полимером. Прогнозируется рост около 3% ежегодно.Ведущим растущим рынком является промышленность электроники и полупроводников в качестве полировального агента.

Силикагель является основным двигателем для специальных кремнеземов в результате растущего спроса Китая на адсорбенты и осушители. Китай является крупнейшим потребителем силикагеля, за ним следуют другие страны Азии. Использование в косметике и наполнении для кошачьих туалетов достигло зрелости на развитых рынках. Прогнозируется, что мировое потребление будет расти на 4% ежегодно в течение 2017–22 годов.

По прогнозам, потребление коллоидного кремнезема вырастет в 2 раза.5% ежегодно в течение 2017–22 гг., Что обусловлено ростом производства электронных компонентов в результате достижений в области CMP, рынка каучуков и новой техники, а также восстановлением производства силиконов. Китай будет самым быстрорастущим регионом с примерно 4,5% в следующие пять лет. По оценкам, в 2017 году на каучук будет приходиться 44–45% потребления.

.

Обработка материалов | Britannica

Обработка материалов , серия операций, которые преобразуют промышленные материалы из исходного состояния в готовые детали или изделия. Промышленные материалы определяются как материалы, используемые при производстве «твердых» товаров, таких как машины и оборудование более или менее длительного пользования, производимые для промышленности и потребителей, в отличие от одноразовых «мягких» товаров, таких как химикаты, продукты питания, фармацевтические препараты и одежда. .

Обработка материалов вручную стара как цивилизация; Механизация началась с промышленной революции 18 века, а в начале 19 века основные машины для формовки, формовки и резки были разработаны, главным образом в Англии.С тех пор разнообразие и количество методов обработки материалов и оборудования увеличилось.

Цикл производственных процессов, в ходе которых материалы превращаются в детали и изделия, начинается сразу после того, как сырье извлечено из минералов или произведено из основных химических веществ или природных веществ. Металлическое сырье обычно получают в два этапа. Сначала сырая руда обрабатывается для увеличения концентрации желаемого металла; это называется обогащением.Типичные процессы обогащения включают дробление, обжиг, магнитную сепарацию, флотацию и выщелачивание. Во-вторых, дополнительные процессы, такие как плавка и легирование, используются для производства металла, из которого должны быть изготовлены детали, которые в конечном итоге собираются в продукт.

В случае керамических материалов натуральная глина смешивается и смешивается с различными силикатами для получения сырья. Пластиковые смолы производятся химическими методами в виде порошка, гранул, замазки или жидкости. Синтетический каучук также производится химическими методами, как и натуральный каучук, в таких формах, как плиты, листы, креп и пена для изготовления готовых деталей.

Получите эксклюзивный доступ к контенту нашего 1768 First Edition с подпиской.
Подпишитесь сегодня

Процессы, используемые для преобразования сырья в готовую продукцию, выполняют одну или обе из двух основных функций: во-первых, они придают материалу желаемую форму; во-вторых, они изменяют или улучшают свойства материала.

Процессы формования и формования можно разделить на два широких типа: те, которые выполняются с материалом в жидком состоянии, и те, которые выполняются с материалом в твердом или пластичном состоянии.Обработка материалов в жидкой форме обычно известна как литье, когда в нее вовлечены металлы, стекло и керамика; это называется формованием, когда применяется к пластмассам и некоторым другим неметаллическим материалам. Большинство процессов литья и формования включают четыре основных этапа: (1) создание точного рисунка детали, (2) изготовление формы из шаблона, (3) введение жидкости в форму и (4) удаление закаленной детали из формы. плесень. Иногда требуется чистовая операция.

Материалам в их твердом состоянии придают желаемую форму путем приложения силы или давления.Обрабатываемый материал может быть в относительно твердом и стабильном состоянии и в такой форме, как пруток, лист, гранула или порошок, или он может быть в мягкой, пластичной или похожей на замазку форме. Твердым материалам можно придать горячую или холодную форму. Обработку металлов в твердом состоянии можно разделить на два основных этапа: во-первых, сырье в виде больших слитков или заготовок подвергается горячей обработке, обычно путем прокатки, ковки или экструзии, с получением меньших форм и размеров; во-вторых, эти формы перерабатываются в конечные детали и изделия с помощью одного или нескольких небольших процессов горячего или холодного формования.

После того, как материал сформирован, его обычно модифицируют. При обработке материалов процесс «удаления» — это процесс, при котором удаляются части куска или массы материала для достижения желаемой формы. Хотя процессы удаления применяются к большинству типов материалов, они наиболее широко используются для металлических материалов. Материал может быть удален с заготовки механическими или немеханическими средствами.

Есть несколько процессов резки металла. Почти во всех из них механическая обработка включает в себя прижатие режущего инструмента к обрабатываемому материалу.Инструмент, который тверже, чем обрабатываемый материал, удаляет нежелательный материал в виде стружки. Таким образом, элементами обработки являются режущее устройство, средство для удержания и позиционирования заготовки и обычно смазка (или смазочно-охлаждающая жидкость). Существует четыре основных процесса удаления без резания: (1) при химическом измельчении металл удаляется реакцией травления химическими растворами на металле; хотя обычно применяется к металлам, его также можно использовать на пластмассах и стекле, (2) электрохимическая обработка использует принцип металлизации в обратном направлении, поскольку заготовка вместо того, чтобы образоваться в процессе нанесения покрытия, разъедается в контролируемом (3) электроразрядная обработка и шлифование разрушают или разрезают металл высокоэнергетическими искрами или электрическими разрядами, (4) лазерная обработка режет металлические или тугоплавкие материалы интенсивным лучом света от лазера.

Другим дополнительным изменением может быть «соединение», процесс постоянного, иногда только временного, соединения или прикрепления материалов друг к другу. Используемый здесь термин включает сварку, пайку, пайку, а также склеивание и химическое соединение. В большинстве процессов соединения связь между двумя кусками материала достигается за счет приложения одного или комбинации трех видов энергии: тепловой, химической или механической. Связующий или наполнитель, такой же или отличный от соединяемых материалов, может использоваться или не использоваться.

Свойства материалов могут быть изменены горячей или холодной обработкой, механическими операциями и воздействием некоторых форм излучения. Изменение свойств обычно вызывается изменением микроскопической структуры материала. В эту категорию входят как термообработка, при которой температура превышает комнатную, так и холодная обработка при температуре ниже комнатной. Термическая обработка — это процесс, при котором температура материала повышается или понижается для изменения свойств исходного материала.Большинство процессов термической обработки основаны на циклах время-температура, которые включают три этапа: нагрев, выдержка при температуре и охлаждение. Хотя некоторые термические обработки применимы к большинству семейств материалов, они наиболее широко используются для металлов.

Наконец, процессы «отделки» могут применяться для модификации поверхностей материалов с целью защиты материала от разрушения в результате коррозии, окисления, механического износа или деформации; для обеспечения особых характеристик поверхности, таких как отражательная способность, электрическая проводимость или изоляционные или несущие свойства; или придать материалу особый декоративный эффект.Есть две широкие группы процессов отделки: те, в которых на поверхность наносится покрытие, обычно из другого материала, и те, в которых поверхность материала изменяется под действием химического воздействия, тепла или механической силы. В первую группу входят металлические покрытия, например гальваника; органическая отделка, например покраска; и эмалирование фарфора.

.

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments