1) Магматические горные породы, изверженные горные породы, горные породы, образовавшиеся из расплавленной магмыпри её застывании и кристаллизации. По условиям застывания среди М. г. п. различают два основных типа: эффузивные (вулканические, излившиеся), застывшие на дневной поверхности в результате излияния магмы в виде лавы при вулканических извержениях, и интрузивные (глубинные), застывшие в толще земной коры среди других горных пород.Эффузивные горные породы вследствие быстрого застывания обычно мелкозернисты и частично, а иногда полностью состоят из стекла. Часто в них встречаются более крупные кристаллы вкрапленники. Интрузивные горные породы, застывающие медленно в глубинах земной коры, обладают полнокристаллической, более крупнозернистой структурой.

М. г. п. обычно сложены силикатами. Их главной составной частью является кремнезём (SiO₂), по содержанию которого М. г. п. разделяются на ультраосновные (SiO₂ < 40%), основные (40—56%), средние (56—65%), кислые (65—70%) и ультракислые (> 75%). М. г. п., не содержащие силикаты (например, карбонатиты), очень редки. Соответственно изменяется состав минералов в выделенных группах М. г. п. Ультраосновные породы (пироксениты, дуниты, оливины) сложены только оливинами и пироксенами, в основных (габбро, базальты) к ним присоединяется кальциевый плагиоклаз. В кислых породах (граниты, липариты, дациты) уменьшается содержание магнезиально-железистых и кальциевых силикатов и появляются щелочные полевые шпаты и кварц. К средним породам относятся главным образом полевошпатовые породы с небольшой примесью железо-магнезиальных минералов (диориты, андезиты).

В зависимости от содержания щелочей в каждой группе М. г. п. выделяют породы нормального и щелочного ряда (щелочные граниты, нефелиновые сиениты, фонолиты). В последних появляются щелочные силикаты (эгирины, щелочные амфиболы, фельдшпатоиды).

С различными типами М. г. п. связаны и различные полезные ископаемые. Например, с кислыми М. г. п. — олово, вольфрам, золото; с основными — титаномагнетит, медь; с ультраосновными — хром, платина, никель и т.д.; с щелочными — титан, фосфор, апатиты, цирконий, редкие земли и т.д.

М. г. п. могут использоваться как строительные (артикские туфы, лабрадориты и др.), абразивные (пемза) и теплоизоляционные (пемза, перлит) материалы; как сырьё для извлечения ценных компонентов (например, алюминия из нефелиновых сиенитов), а также служат основанием гидротехнических и других сооружений.

2) Осадочные горные породы, горные породы, возникшие путём осаждения вещества в водной среде, реже из воздуха и в результате деятельности ледников на поверхности суши, в морских и океанических бассейнах. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения О. г. п. разделяются на обломочные, химические и биогенные.

Источником вещества для образования О. г. п. являются: продукты выветривания магматических, метаморфических и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе О. г. п., как правило, присутствуют органические остатки (растит. и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые О. г. п. (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органические остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру О. г. п. (см. Структура горных пород).

О. г. п. образуют пласты, слои, линзы и др. геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой О. г. п. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование О. г. п. происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу (см. Литогенез).

Классификация О. г. п. основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп О. г. п.: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнисгыми и т.п., а также вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов (см. такжеПирокластические породы). Более детальное подразделение в пределах выделенных трупп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.

По химическому составу О. г. п. отличаются от магматических пород гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты, органического углерода, кальция, серы, галоидов, а также высокими значениями отношения окисного железа к закисному (см. Геохимия литогенеза).

Среди О. г. п. преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — около 50%), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) — примерно поровну, в сумме около 45%; на остальные типы приходится менее 5%.

Образование и размещение на поверхности Земли О. г. п. определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами.

Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи О. г. п., которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и др. материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи О. г. п., часто с пластами, выдержанными в пространстве, с однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п.

Поскольку условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в фанерозое) были близки или аналогичны современным, картина современного размещения типов пород на поверхности Земли позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого.

Осадко- и породообразование — процесс периодический: формирование сходных типов пород и их парагенетических ассоциаций (формаций) многократно повторяется во времени, что связано с периодическими (долговременными) изменениями климата и геотектонических движений. Наряду с этим наблюдается также постепенное изменение условий осадконакопления на протяжении всей истории развития земной коры. Эволюция осадконакопления связана с изменением состава вод Мирового океана, атмосферы,. эволюцией органического мира, преобразованиями структуры земной коры, а также с изменением (увеличением) общего количества О. г. п. на поверхности Земли.

О. г. п. составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности Земли. Основная их масса сосредоточена на материках (500 млн. км³) и континентальных склонах (190 млн. км³), тогда как на дно океанов приходится 250 млн. км³. В пределах материков около 75% объёма всех О. г. п. приурочено к геосинклинальным областям и около 25% — к платформам. Свыше 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, строительные материалы и пр.), заключено в О. г. п. См. Литология.

3) Метаморфические горные породы, горные породы, ранее образованные как осадочные или как магматические, но претерпевшие изменение (метаморфизм) в недрах Земли под действием глубинных флюидов, температуры и давления или близ земной поверхности под действием тепла внедрившихся интрузивных масс.

М. г. п., образованные в глубинах Земли (М. г. п. регионального метаморфизма), характеризуются сланцеватостью, сформированной под действием направленного давления, и называются кристаллическими сланцами. За счёт глин по мере увеличения степени метаморфизма возникают филлиты, слюдяные сланцы и гнейсы — сланцеватые породы с большим количеством гранитного материала. За счёт мергелей или основных магматических пород образуются хлоритовые и актинолит-хлоритовые (зелёные) сланцы и амфиболиты. На очень больших глубинах возникают эклогиты — гранат-жадеитовые породы. При метаморфизме песчаников и известняков образуются кварциты и мрамор.

М. г. п., образованные в контакте с интрузивами (контактный метаморфизм), имеют характерную роговиковую структуру. За счёт глинистых и др. алюмосиликатных пород образуются различные роговики (пироксеновые, биотитовые, амфиболитовые и т.д.), за счёт известняков — мраморы, бокситов — корундовые породы (наждаки).

М. г. п. часто сопровождаются метасоматическими горными породами.

4) Строительные материалы обладают комплексом физических свойств. Числовые показатели физических свойств определяются с помощью специальных методов и приборов.

К физическим относятся свойства, выражающие способность материалов реагировать на воздействия физических факторов— гравитационных, т. е. основанных на законе земного притяжения, тепловых, водной среды, акустических, электрических, излучения и т. п.

Средняя плотность характеризует массу единицы объема материала в естественном состоянии (вместе с порами). Эта важная физическая характеристика определяется путем деления массы образца на его объем. Для точного измерения объема удобнее принимать образцы правильной геометрической формы, хотя имеются несложные приемы измерения объема образцов и неправильной формы. При влажных образцах отмечается величина влажности, при которой определялась средняя плотность.

Среднюю плотность рыхлых материалов, например песка, щебня, гравия, называют насыпной плотностью. В ее величине отражается влияние не только пор в каждом зерне или куске, но и межзерновых пустот в рыхлонасыпанном объеме материала.

Истинная плотность — масса единицы объема однородного материала в абсолютно плотном состоянии, т. е. без учета пор, трещин или других полостей, присущих материалу в его обычном состоянии.

Пористость — степень заполнения объема материала порами. Если требуется выяснить, являются ли поры замкнутыми или сквозными, как распределены они в объеме материала по своим размерам, какое имеется реальное соотношение пор разных диаметров, тогда производят дополнительные исследования с применением специальных методов: ртутной порометрии, сорбционного, капиллярного всасывания и др.

Величина пористости и размер пор в значительной мере влияют на прочность материала. При одном и том же веществе строительный материал тем слабее сопротивляется механическим силам, усилиям другого происхождения (тепловым, усадочным и т. п.), чем больше и крупнее поры в его объеме. Для некоторых разновидностей материалов существуют ярко выраженные пропорциональные зависимости: чем меньше средняя плотность (больше пористость), тем меньше прочность материала. От пористости зависят и другие качественные характеристики материала, например способность проводить теплоту и звук, поглощать воду.

От пор отличаются пустоты. Они значительно крупнее пор и всегда отчетливо видны, располагаясь между зернами насыпного материала. Поры обычно заполнены воздухом или водой, тогда как вода в пустотах не задерживается, особенно в широкополостных пустотах. При воздействии статических или циклических тепловых факторов материал характеризуется теплопроводностью, теплоемкостью, температуроустойчивостью, огнестойкостью и другими свойствами.

Теплопроводность — способность материала проводить через свою толщу тепловой поток, возникающий под влиянием разности температур на поверхностях, ограничивающих материал. Это свойство характеризуется теплопроводностью, которая показывает количество теплоты, которое проходит через стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 при перепаде температур на противоположных поверхностях в 1°С в течение 1 часа.

Теплоемкость характеризует способность материала аккумулировать теплоту при нагревании, причем с повышением теплоемкости больше может выделяться теплоты при охлаждении материала. Температура в комнате, например, может сохраняться устойчивой более длительный период при повышенной теплоемкости использованных материалов для пола, стен, перегородок и других частей помещения, поглощающих теплоту в период действия отопительной системы.

Огнестойкость характеризует способность строительных материалов выдерживать без разрушения действие высоких температур в течение сравнительно короткого промежутка времени (пожара). В зависимости от степени огнестойкости строительные материалы разделяют на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы в условиях высоких температур не подвержены воспламенению, тлению или обугливанию. При этом некоторые материалы почти не деформируются {кирпич, черепица), другие могут сильно деформироваться (сталь) или разрушаться, растрескиваться (природные камни, например гранит), особенно при одновременном воздействии воды, применяемой при тушении пожаров. Трудносгораемые материалы под воздействием высоких температур тлеют и обугливаются, но при удалении огня процессы горения, тления или обугливания полностью прекращаются. Среди такого рода материалов находятся фибролит, гидроизол, асфальтовый бетон и др. Сгораемые материалы воспламеняются и горят или тлеют под воздействием огня или высокой температуры, причем горение или тление продолжается также после удаления источника огня. Среди них — древесина, войлок, битумы, смолы и др.

Если источник высокой температуры (выше 1580°С) действует на материал в течение длительного периода времени (соприкосновение с печами, трубами, нагревательными котлами и т. п.), а материал сохраняет необходимые технические свойства и не размягчается, то его относят к огнеупорным. Огнеупорным и являются шамот, динас, магнезитовый кирпич и другие материалы, применяемые для внутренней футеровки (облицовки) металлургических и промышленных печей. Материалы, способные длительное время выдерживать воздействие высоких температур (до 1000°С) без потери или только с частичной потерей прочности, относят к жаростойким, например жаростойкий бетон, керамический кирпич, огнеупорные материалы и др.

Температуростойкость или термостойкость — способность выдерживать чередование (циклы) резких тепловых изменений, нередко с переходом от высоких положительных к низким отрицательным температурам. Это свойство материала зависит от степени его однородности и от способности каждого компонента к тепловым расширениям.

Водопоглощаемость — способность материала впитывать и удерживать воду. Процесс впитывания воды в поры называется водопоглощением и в лабораторных условиях проходит при нормальном атмосферном давлении. Образец постепенно погружают в воду и его полного водопоглощения достигают путем кипячения в воде, если температура 100°С не влияет на состав и структуру материала. Выдерживают образцы в воде в течение определенного срока или до постоянной массы.

Гигроскопичностью называется способность материала поглощать влагу из влажного воздуха или парогазовой смеси. Степень поглощения воды или паров, которые частично конденсируются в порах и капиллярах материала, зависит от относительной влажности и температуры воздуха, парциального давления смеси. С увеличением относительной влажности и со снижением температуры воздуха гигроскопичность повышается.

Влагоотдачей называют способность материала отдавать влагу в окружающую среду. Влага, находящаяся в тонких порах и капилляра, удерживается прочно, особенно адсорбционно-пленочная влага, что способствует ускоренному передвижению поглощаемой воды по сообщающимся порам в материале. Если между влажностью окружающей среды воздуха и влажностью материала устанавливается равновесие, то отсутствуют гигроскопичность и влагоотдача, а состояние принято именовать воздушно-сухим.

Водопроницаемость - способность материала пропускать воду под давлением.

Водостойкость - способность материала сохранять в той или иной мере свои прочностные свойства при увлажнении. Эти материалы можно применять в сырых местах без специальных мер по защите их от увлажнения. На стабильность структуры и свойств материала заметное влияние оказывает попеременное увлажнение и просыхание. Некоторые материалы принято проверять на водостойкость путем циклического насыщения образцов водой и их высушивания.

В жестких условиях находится тот материал, который увлажняется при резких температурных перепадах. Вода, поглощенная материалом, особенно порами в поверхностном слое, замерзает при переходе через нулевую температуру с расширением на 8,5%. Ритмично чередующаяся кристаллизация льда в порах с последующим оттаиванием приводит к дополнительным внутренним напряжениям. Могут возникнуть микро- и макротрещины со снижением прочности, с возможным разрушением структуры. Способность материала, насыщенного водой, выдерживать многократное попеременное (циклическое) замораживание и оттаивание без значительных технических повреждений и ухудшения свойств называется морозостойкостью. Установлены нормативные пределы допустимого снижения прочности или уменьшения массы образцов после испытания материала на морозостойкость при определенном количестве циклов замораживания и оттаивания. Некоторые материалы, например бетоны, маркируются по морозостойкости в зависимости от количества циклов испытания, которые они выдерживают без видимых признаков разрушения. Обычно замораживание образцов, насыщенных водой, производится в специальных морозильных камерах, а оттаивание организуется в воде, имеющей комнатную температуру. Продолжительность одного цикла составляет одни сутки. Многие материалы выдерживают 200 ... 300 циклов и более. Могут применяться и ускоренные методы испытания на морозостойкость, или сохранность в солевых растворах при чередующейся кристаллизации соли в порах материала. В отношении некоторых материалов, например природного камня, о морозостойкости судят по величине коэффициента размягчения.

К физическим свойствам относятся также звукопоглощаемость, поглощаемость ядерных излучений и рентгеновских лучей, электропроводность, светопроницаемость и др. С помощью испытания соответствующих образцов материала определяются числовые характеристики этих свойств. Они сравниваются с допустимыми по нормам.

Механические свойства материалов определяют поведение конструкций под действием внешних нагрузок. Последние вызывают разрушение либо деформацию материалов. Сопротивление материалов механическому разрушению характеризуется их прочностными свойствами: прочностью, твердостью, истираемостью, сопротивлением удару, износом. Способность материалов изменять под нагрузкой

форму и размеры характеризуется деформационными свойствами: упругостью, пластичностью, хрупкостью и ползучестью.

Под действием внешних сил строительные конструкции претерпевают деформацию. Изменение формы и размеров тела под действием внешних сил называется деформацией. При этом твердые тела по-разному реагируют на снятие нагрузки, проявляя свойства упругости или пластичности.

Упругость - свойство материала восстанавливать свои форму и объем после прекращения действия внешних сил. Упругую деформацию называют обратимой. Наибольшее напряжение, при котором действует лишь упругая деформация, называют пределом упругости. В области упругих деформаций действителен закон Гука ~ деформация материала пропорциональна действующему напряжению.

Пластичность - свойство материала необратимо деформироваться под действием внешних сил. Пластическая (остаточная) деформация, не исчезающая после снятия нагрузки, называется необратимой.

Механические свойства материалов характеризуются диаграммой деформаций, которую строят в координатах «механическое напряжение а - относительная деформация.

5) Керамика (др.-греч. κέραμος — глина) — изделия из неорганических материалов (например, глины) и их смесей с минеральными добавками, изготавливаемые под воздействием высокой температуры с последующим охлаждением.^[1]

В узком смысле слово керамика обозначает глину, прошедшую обжиг.

Самая ранняя керамика использовалась как посуда из глины или из смесей её с другими материалами. В настоящее время керамика применяется как индустриальный материал (машиностроение, приборостроение, авиационная промышленность и др.), как строительный материал, художественный, как материал, широко используемый в медицине, науке. В XX столетии новые керамические материалы были созданы для использования в полупроводниковой индустрии и др. областях.

Современные высокотемпературные сверхпроводящие материалы также являются керамикой.

Виды керамики

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основные виды тонкой керамики — фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика. Основной вид грубой керамики — гончарная керамика. кроме того различают керамику карбидную, боридную, силицидную и пр.

Фарфор имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2 %), при постукивании издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. Глазурь не покрывает край борта или основание изделия из фарфора. Сырье для фарфора — каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Фаянс имеет пористый белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка 9 — 12 %. Из-за высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью невысокой термостойкости. Фаянс применяется для производства столовой посуды повседневного использования. Сырье для производства фаянса — беложгущиеся глины с добавлением мела и кварцевого песка.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок белый, водопоглощение 3 — 5 %, используется в производстве посуды.

Майолика имеет пористый черепок, водопоглощение около 15 %, изделия имеют гладкую поверхность, блеск, малую толщину стенок, покрываются цветными глазурями и могут иметь декоративные рельефные украшения. Для изготовления майолики применяется литьё. Сырье — беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика имеет черепок красно-коричневого цвета (используются красножгущиеся глины), большой пористости, водопоглощение до 18 %. Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками — ангобами.

Глина - это мелкозернистая осадочная порода, в сухом состоянии она может быть кусковатой или пылевидной, а при намокании раскисает и становится эластичной.

Водные свойства

Водные свойства глин проявляются при их свободном взаимодействии с водой. Поэтому для раскрытия и понимания механизма этих свойств необходимо прежде всего рассмотреть строение системы глина - вода.

Механические свойства

Механические свойства глин проявляются при воздействии на них внешних усилий. Главнейшим из этих свойств является пластичность.

Пластичностью глины называется ее способность под воздействием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действия усилий. В керамической литературе принято говорить о пластичности как о свойстве глин. Однако в действительности пластичность является не свойством, а одним из состояний глин, которое отлично от хрупкого и вязко-текучего. Хрупкое состояние, как известно, характеризуется тем, что образец при разрыве разрушается без изменения своего поперечного сечения.

Сушильные свойства

Сушильные свойства отражают изменения, которые происходят в глиняной массе при ее сушке. К их числу относятся воздушная усадка, чувствительность глин к сушке и влагопроводные свойства глины.

Воздушная усадка представляет собой уменьшение размеров глиняного образца при его сушке и является одним из наиболее важных сушильных свойств глины.

Чувствительность глин к сушке характеризует их трещино-стойкость в этом процессе. Причиной возникновения трещин является неодинаковая величина усадки по сечению и по поверхности изделия, в результате чего на поверхности изделия или внутри него возникают напряжения. Когда их величина превосходит предел прочности материала, образуются трещины.

Термические свойства

Термические свойства проявляются в процессе нагрева глины при высоких температурах. Важнейшими из них являются огнеупорность, огневая усадка, спекаемость и интервал обжига.

Огнеупорностью называют свойство керамических материалов и изделий противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Показателем (количественной мерой) огнеупорности является температура, при которой образец из данного материала, имеющий форму трехгранной усеченной пирамиды (условно именуется «конусом»), деформируется под влиянием собственной тяжести, касаясь при этом своей вершиной керамической подставки.

Под огнеупорностью глины понимают условную температуру ее плавления. Условной эта температура является потому, что глинистая порода не представляет собой мономинеральное вещество, а является полидисперсной системой. Поэтому она не имеет строго определенной температуры плавления, а плавится в некотором интервале температур. В связи с этим за температуру плавления глины условно принимают показатель ее огнеупорности. Глины по огнеупорности делятся на три класса: огнеупорные - огнеупорность выше 1580° С, тугоплавкие - от 1350 до 1580° С и легкоплавкие - ниже 1350° С.

Огнеупорность глины зависит от ее химического состава глинозем повышает огнеупорность глины, кремнезем тонкодисперсный понижает, а крупнозернистый повышает огнеупорность. Примеси щелочных металлов являются наиболее сильными плавнями (флюсами) - веществами, понижающими температуру плавления глины. Окислы щелочноземельных металлов также являются плавнями, но их флюсующее действие проявляется при более высокой температуре.

Огнеупорность керамических материалов, содержащих в своем составе железистые окислы, зависит еще от химического характера газовой среды при обжиге: восстановительная среда существенно понижает огнеупорность вследствие того, что окись железа восстанавливается в закись, а последняя, обладая большой реакционной способностью, образует с кремнеземом файялит, имеющий температуру плавления 1205° С.

Спекаемость является вторым очень важным термическим свойством глин. Под спекаемостью глин понимают их способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камнеподобного черепка.

Спекание глин может происходить вследствие стягивания и склеивания твердых частиц жидкой фазой - силикатными расплавами, образующимися при обжиге глины (жидкостное спекание), вследствие рекристаллизации минералов, составляющих керамическую массу, и благодаря реакциям в твердой фазе между отдельными компонентами глины или продуктами их распада (твердофазовое спекание). Результатом процесса спекания является уплотнение обжигаемого материала и, как следствие, уменьшение его открытой пористости. Поэтому степень спекания контролируется водопоглощением керамического черепка и спекшимся считается черепок, имеющий водопоглощение не ниже 5%. В связи с этим спекаемость иногда определяют как способность глины давать без признаков пережога керамический черепок с водопоглощением менее 5%. Признаками пережога считаются деформация образца, видимое вспучивание или снижение объемного веса более чем на 0,1 г/см3.

Спекаемость является важнейшим признаком, определяющим пригодность глин для производства многих керамических изделий - канализационных труб, плиток для полов, кислотоупорных изделий.

Степень спекаемости глин характеризуют также температурным интервалом спекания.

Глинозем увеличивает интервал спекания глин, окись кальция резко его понижает, щелочные окислы расширяют интервал спекания. У каолинитовых глин интервал спекания, как правило, выше, чем у монтмориллонитовых. Запесоченность глин резко снижает их интервал спекания. Наименьшим интервалом спекания (примерно 50 - 100°) обладают легкоплавкие глины, лёссовые глины почти совсем его не имеют, наибольшее его значение (до 400°) у огнеупорных глин.

Интервал спекания определяет возможность обжига изделий в печах, характеризующихся определенным перепадом температур между верхом и низом печи.

Для некоторых видов керамических изделий низкое водо-поглощение черепка является необязательным или даже недопустимым. В этих случаях температурные границы, в пределах которых можно вести обжиг изделий, определяет не интервал спекания, а интервал обжига. Под интервалом обжига понимают температурные границы, в пределах которых изделие при обжиге приобретает необходимые свойства. Так, например, для строительного кирпича минимальная температура обжига будет ограничена достижением прочности, соответствующей марке 50 (минимальная допускаемая марка кирпича), а максимальная - водопоглощения черепка, равным 8%, что соответствует нормам. Интервал температур, в пределах которого соблюдаются эти величины, и будет интервалом обжига. Интервал обжига по своей величине много больше интервала спекания. Этим объясняется то, что глины с очень малым интервалом спекания оказываются пригодными для обжига кирпича в печах с относительно большими перепадами температур.

Огневая усадка представляет собой сокращение размеров абсолютно сухого глиняного образца при его обжиге. Сближение глинистых частиц происходит в обжиге под воздействием сил поверхностного натяжения, носителем которых является жидкая фаза, возникающая в материале в виде смлмкатных расплавов.

Огневая усадка глин колеблется в пределах от 2 до 8% и достигает в отдельных случаях 14%. С увеличением содержания глинистой фракции усадка возрастает. Сильно запесоченные глины могут совсем не давать усадки и даже обнаруживать в обжиге «рост» (усадка в этом случае получает отрицательный знак). Монтмориллонитовые глины имеют большую огневую усадку, чем каолинитовые. Щелочные окислы всегда повышают огневую усадку, а железистые - лишь при обжиге в восстановительной среде. С повышением температуры обжига усадка, как правило, возрастает. По этой причине неравномерно обожженные изделия могут иметь заметный разброс в размерах.

6) Сырье для получения керамических материалов и изделий

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются различные глины, а также шамот, кварцевый песок, шлак.

Для придания керамическим изделиям характерных свойств в глину вводят различные добавки.

Отощающие добавки. В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (до 28%) и которые поэтому дают большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15%), необходимо вводить отощающие добавки, т. е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает усадку (до 2-6%).

В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения: кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, делают более легким технологический процесс производства и устраняют брак.

Выгорающие добавки. Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также и свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки. Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добавки. Так, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий используют молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник, и др.

7) Смотреть пятый вопрос!!!

8) ВЯЖУЩИЕ МАТЕРИАЛЫ МИНЕРАЛЬНЫЕ — тонко измельченные минеральные вещества, обладающие способностью при затворении (смешении с водой) образовывать пластичное тесто, затвердевающее в прочное камневидное тело (исключение — растворимое стекло, используемое в жидком виде). Вяжущие материалы применяются в строительстве для изготовления бетонов и строительных растворов и изделий, а также для соединения (омоноличивания) отдельных элементов строительных конструкций, для гидроизоляции и т. п.

Вяжущие материалы подразделяют на 3 группы: гидравлические, воздушные и автоклавного твердения.  Гидравлические вяжущие материалы обладают способностью затвердевать (т. е. приобретать прочность, повышать ее или сохранять в воде и на воздухе); некоторые из них должны предварительно затвердевать на воздухе, а затем могут продолжать твердеть под водой. Воздушные вяжущие материалы способны затвердевать только на воздухе.  Вяжущие материалы автоклавного твердения в результате кратковременного (в течение 6—10 часов) твердения в автоклавах при давлении насыщенного пара 8—12 ат образуют прочное камневидное тело, которое в зависимости от вида вяжущего материала сохраняет свою прочность либо только на воздухе, либо в воде и на воздухе. Без использования автоклавов эти вяжущие материалы не обладают необходимыми свойствами. Минеральные вяжущие материалы получают, за небольшим исключением, в результате обжига природного или искусственного сырья и тонкого помола полупродуктов. После обжига, протекающего преимущественно при высоких температурах, образуются в различных соотношениях новые соединения; это придает определенные свойства каждому виду вяжущих материалов. К таким новым соединениям относятся: силикаты кальция, алюминаты кальция, алюмоферриты кальция, окись кальция, окись магния и др.

При затворении (смешении с водой) минеральных вяжущих материалов начинаются процессы гидратации и часто гидролиза содержащихся в них соединений с появлением гидратированных новообразований, характеризующихся различной, преимущественно кристаллической, структурой, сопровождаемые потерей пластичности смеси. В течение определенного периода времени (до начала схватывания) затворенный водой вяжущий материал продолжает оставаться в пластичном (тестообразном) состоянии. Это дает возможность вести укладку бетонной и растворной смеси. После начала схватывания развивается потеря пластичности; конец схватывания определяется временем, когда вяжущие материалы переходят в твердое, хотя еще и не прочное состояние. Быстрое схватывание затрудняет, а иногда исключает применение вяжущих материалов в строительстве, медленное — снижает темпы использования раствора или бетона. Подавляющее большинство минеральных вяжущих материалов имеет начало схватывания не ранее 45 мин. и конец — не позднее 12 часов с момента затвердения. Гидравлические минеральные вяжущие материалы должны выдержать ускоренное испытание на равномерность изменения объема. Одним из наиболее важных свойств вяжущих материалов является прочность затвердевшего вяжущего при сжатии, изгибе, разрыве. По прочности минеральные вяжущие материалы делятся на марки. Марка обозначает наименьший предел прочности при сжатии, который должен быть получен при испытании стандартно изготовленных образцов данного вяжущего материала, твердевшего в определенных условиях в течение стандартного срока (обычно 28 дней, а для быстротвердеющих вяжущих материалов —3 дня).

К гидравлическим вяжущим материалам относятся: портландцемент и его разновидности, шлако-портландцемент (см. Цемент шлаковый), пуццолановый портландцемент (см. Цемент пуцолановый), цемент глиноземистый, цемент расширяющийся, сульфатно-шлаковый цемент, цемент известково-шлаковый, цемент известково-пуццолановый, романцемент, гидравлическая известь (см. Известь). Воздушные вяжущие материалы разделяются на следующие виды: известь воздушная (см. Известь), гипсовые вяжущие материалы, магнезиальные вяжущие материалы, растворимое стекло.

Вяжущие материалы автоклавного твердения делятся па песчанистый портландцемент, известково-кремнеземистые вяжущие, известково-нефелиновые вяжущие (см. Цемент нефелиновый). В состав вяжущих материалов вводят добавки, преимущественно при помоле, для улучшения некоторых свойств или для получения специальных видов вяжущих материалов. К таким добавкам относятся: гипс, применяемый для регулирования сроков схватывания и ускорения твердения вяжущих материалов; активные минеральные (или гидравлические) добавки, повышающие стойкость вяжущих материалов в пресной либо сульфатных водах,— горные осадочные породы (диатомит, трепел, опока), горные породы вулканические (трасс, пепел, туф, пемза) и искусственные (кислые гранулированные доменные шлаки, топливные кислые золы, глиниты, цемянки и др.), а также искусственные добавки, обладающие способностью самостоятельного твердения (основные гранулированные доменные шлаки, зола горючего сланца); добавки поверхностно-активных веществ (см. Пластификаторы), пластифицирующие и микропенообразующие, применяемые для уменьшения водопотребности и снижения удельного расхода вяжущих, повышения пластичности и морозостойкости бетонов и растворов; гидрофобно-пластифицирующие (помимо указанных свойств, предохраняющие вяжущие материалы от быстрой потери ими активности при длительных перевозках или хранении). Кроме того, применяются молотые инертные добавки (кварцевые пески, плотные известняки и др.) для экономии вяжущих материалов. 

9) Строительная Известь

• Строительную известь получают путем обжига (до удаления углекислоты) из кальциево-магниевых горных пород — мела, известняка, доломитизироваиных и мергелистых известняков, доломитов. Известь строительная должна удовлетворять требованиям ДСТУ Б В.2 7-90-99.

Для производства тонкодисперсной строительной извести гасят водой или размалывают негашеную известь, вводя при этом минеральные добавки в виде гранулированных доменных шлаков, активные минеральные добавки или кварцевые пески. Строительную известь применяют для приготовления строительных растворов и бетонов, вяжущих материалов и в производстве искусственных камней, блоков и строительных деталей.

В зависимости от условий твердения различают строительную известь воздушную, обеспечивающую твердение строительных растворов и бетонов и сохранение ими прочности в воздушно-сухих условиях, и гидравлическую, обеспечивающую твердение растворов и бетонов и сохранение ими прочности как на воздухе так и в воде. Воздушная известь по виду содержащегося в ней основного оксида бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая. Воздушную известь подразделяют на негашеную и гидратную (гашеную), получаемую гашением кальциевой, магнезиальной и доломитовой извести. Гидравлическую известь делят на слабогидравлическую и сильногидравлическую. Различают гидравлическую известь комовую и порошкообразную. Порошкообразная известь бывает двух видов: молотая и гидратная (гашенная вода). Комовую известь выпускают без добавок и с добавками.

Строительную негашеную известь по времени гашения делят на быстрогасящуюся — не более 8 мин, среднегасящуюся — не более 25 мин, медленногасящуюся — более 25 мин.

• Строительную воздушную известь получают из кальциево-магниевых карбонатных пород. Технологический процесс получения извести состоит из добычи известняка в карьерах, его подготовки (дробления и сортировки) и обжига. После обжига производят помол комовой извести, получая молотую негашеную известь, или гашение комовой извести водой, получая гашеную известь.

Основным процессом при производстве извести является обжиг, при котором известняк декарбонизуется и превращается в известь по реакции

СаСО₃↔СаО +СО₂

Диссоциация карбонатных пород сопровождается поглощением теплоты (1 г-моль СаСО₃ требует для .разложения примерно 190 кДж). Реакция разложения углекислого кальция обратима и зависит от температуры и парциального давления углекислого газа. Диссоциация углекислого кальция достигает заметной величины при температуре свыше 600°С. Теоретически нормальной температурой диссоциации считают 900°С. В заводских условиях температура обжига известняка зависит от плотности известняка, наличия примесей, типа печи и ряда других факторов и составляет обычно 1100...1200°С.

При обжиге из известняка удаляется углекислый газ, составляющий до 44% его массы, объем же продукта уменьшается примерно на 10%, поэтому куски комовой извести имеют пористую структуру. Обжиг известняка производят в различных печах: шахтных, вращающихся, в «кипящем слое», во взвешенном состоянии и т. д. Наибольшее распространение получили экономичные по расходу топлива шахтные пересыпные известеобжигательные печи, однако известь в них оказывается загрязненной золой топлива.

Газовые печи позволяют получить «чистую» известь, они проще в эксплуатации, процесс обжига в них можно механизировать и автоматизировать.

Во вращающихся печах получают известь высокого качества, но при этом расходуется много топлива.

Имеют применение высокопроизводительные агрегаты с обжигом в «кипящем слое».

Обжиг в «кипящем слое» производят в реакторе, представляющем собой металлическую шахту, отфутерованную внутри и разделенную по высоте решетчатыми сводами на 3...5 зон. Передача материала из зоны в зону производится через трубки, имеющие ограничитель. Высота «кипящего слоя» определяется от обреза переливной трубки до решетки. По периферии реактора имеются горелки для газа или мазута. Многозонность реактора позволяет получать известь высокого качества при небольшом расходе топлива. Полученный при обжиге карбонатных пород полупродукт носит название комовой извести-кипелки. В дальнейшем она поступает на помол или гашение.