Повышение долговечности каменных материалов
М-лы из природного камня будут длительно служить только при условии правильной эксплуатации и защиты камня от коррозии. Разрушение каменных м-лов происходит в рез-те мех. воздействий, атмосф. факторов (выветривание) — под воздействием влаги, ветра, перепада темп-р, в рез-те хим. воздействий (растворяющее действие СО2, SO2, H2O), расшатывающего воздействия на структуру камня различных микроорганизмов, извлекающих из камня щёлочи и выделяющих кислоты (мхи, лишайники).
Защищают камень от коррозии с помощью конструктивных и хим. методов.
Констр. методы предусматривают защиту путём устр-ва стропов, придания камню гладкой поверхности.
Хим. методы связаны с созданием водонепроницаемого слоя на поверхности камня или с гидрофобизацией поверхности. Непроницаемый слой создают методами флюотирования (карбонатные породы обрабатывают солями кремнефтористой кислоты — в рез-те образуются нерастворимые соединения CaF2, MgF2, SiO2, к-е, откладываясь в порах, создают непроницаемый слой). Некарбонатные породы подвергают аванфлюотированию (сначала пов-ть камня обрабатывается растворами соды и хлорида кальция, в рез-те реакции образуется CaCO3, затем обрабатывают флюатом MgSiF6).
Новейший метод защиты различных материалов, в т. ч. и каменных, разработан японскими специалистами, и заключается в создании тончайшего защитного слоя из прозрачной керамики.
Для придания пов-ти камня водоотталкивающей плёнки её покрывают растворами кремнеорганических жидкостей (ГКЖ-11, ГКЖ-94, ГКЖ-10), спртовыми растворами калийного мыла, растворимым стеклом с хлористым кальцием.
Керамические изделия
Керамич. изд-я — иск. камен. м-лы, изготовленные из глин или их смесей с органическими и минеральными добавками, путём формования и обжига. М-л, из к-го сост-т керамич. изд-е после обжига, — черепок.
По структуре черепка керамику разделяют на пористую и плотную. К плотной относят изд-я, пористость к-рых не превышает 5%, к пористой — более 5%.
По конструктивному назначению керамич. м-лы делят на: стеновые, облицовочные, кровельные, санитарно-технич., теплоизоляц., заполнители для бетона, кислотоупорные, водоупорные.
Х-ки сырья для керамич. м-лов: формовочную массу для керамич. изд-ий изгот-т из пластичных м-лов (глин и каолинов) и непластичных (выгорающих, отощающих добавок). Кроме глин и каолинов, исп-ся природн. алюмосиликаты, породы осадочн. происх-я.
Разл-я между глинами и каолинами закл-ся в том, что каолины на 100% состоят из минерала каолинита, а глина — смесь минералов, где присутствуют наряду с каолинитом галлуазит, монтмориллонит, блейерит и др. Кроме того, в глинах присутствуют кварц, полевой шпат, серный колчедан, оксиды железа, карбонаты, слюды и др. Состав глин оказывает большое влияние на важнейшие их свойства: пластичность, воздушную и огневую усадку, связующую сп-ть, огнеупорность.
П
ластичность — спос-ть глиняного теста деформироваться под влиянием внешн. мех. воздействий без нарушения сплошности (без разрывов и трещин) и сохранять заданную форму после прекращения действия нагрузки. Пластичность хар-ся либо числом пластичности, либо кол-вом воды для получения удобоформуемой массы.
Пл =Wт — Wр, где Пл — число пластичности, Wт — кол-во воды текучей глины, Wр — кол-во воды для раскатывания глины в жгут. При Пл >15% глина жирная, высокопластичная. При Пл 28%); среднепластичные (20-28%); малопластичные ( 5 / 26 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 > Следующая > >>
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
Источник
Способы повышения долговечности каменных строительных материалов.
Важнейшие виды природных каменных строительных материалов.
Бутовый камень — применяют для кладки фундаментов и стен подземных частей зданий. Коэф. размягчения камня, используемого для этих целей, должен быть не менее 0,7, морозостойкость – не ниже Мрз15. В зависимости от формы бутовый камень бывает рваный, постелистый и лещадный. Имеет размеры 150-500мм.
Колотый булыжный камень — исп. для укрепления откосов земляных покрытий и оснований. По форме близок многогранной призме или усеченной пирамиде. Булыжный камень имеет овальную форму.
Бортовые камни – применяют для отделения проезжей части улиц от тротуаров. Брусчатка – колотые или тесаные бруски высотой 10-16, шириной 12-15 и длинной 15-25 см, по форме близки. Применяют при устройстве мостовых, трамвайного полотна, посадочных площадок трамвая.
Облицовочные камни и плиты – изготовляют путем раскалывания или распиливания блоков-полуфабрикатов. Им придают разнообразную фактуру лицевой поверхности: зеркальную (полированную), лощеную, шлифованную и др.
Стеновые камни и блоки – изготавливают из известняков и туфов.
Щебень – получают дроблением различных г.п. до размера 5(3) – 70 мм.
Гравий – это рыхлое скопление обломков г.п. размером 5(3) – 70 мм, обкатанных в различной степени.
Песок – рыхлая масса, состоящая из зерен минералов и пород размером 0,15 – 5мм. Применяют для приготовления бетонов и растворов, для устройства оснований дорожных покрытий, дренажных сооружений.
Способы повышения долговечности каменных строительных материалов.
Каменные материалы и строения разрушаются под действием внешних условий. Разрушение каменных материалов может происходить под действием воды как растворителя. Защита от проникновения воды:
1. Конструктивные мероприятия – обеспечивают правильный и быстрый сток воды с поверхности камня, а также уплотнение поверхностного слоя изделия за счет шлифовки и полировки.
2. Химические мероприятия – предусматривают пропитку поверхности пористого камня специальными растворами, которые уплотняют поверхность. При этом растворимые вещества переходят в нерастворимое состояние (применяют соли кремнефтористоводородной кислоты): 2CaCO3+MgSiF6=2CaF2+MgF2+SiO2+2CO2
В результате реакции на поверхности камня образуются нерастворимые вещества, которые повышают его свойства стойкости.
Полимерные соли применяют от коррозии.
13)Сырьё для керамических изделий. Свойства сырья, добавки.
Керамические материалы и изделия – это искусственные каменные материалы, получаемые из глиняных масс путем формования и последующего обжига при высоких температурах. Сырьевые материалы: смеси состоящие из глины и добавок (отощающих, порообразующих, пластифицирующих). Глина – осадочная г.п., образовавшаяся в рез. глубокого выветривания гранитов, сиенитов, порфиров и т.п. Глины, кот. не содержит примесей наз. каолины (белого цвета). глины и каолины состоят минерала каолинита Al2O3*2SiО2*2H2O на 95 -98%. Примеси, сходящие в состав глины: включения известняка CaCO3 , Fe2О3 – оксид железа. Наличие примесей снижает температуру плавления и изменяет окраску изделия.
Свойства глины, как сырья для керамики — определяются соотношением, видом и дисперсностью глинистых минералов и примесей. (Дисперсность показывает, какие частицы по размерам).
1. Пластичность (дообжиговое св-во) — способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму без образования трещин и сохранять эту форму после снятия нагрузки. Глина, замешанная с опред. кол-вом воды образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. молекулы воды (диполи) вытягиваются между чешуйчатыми частицами глины и расклинивают их, вызывая набухание глины. Тонкий слой воды между частицами глины обуславливает характерные свойства глины. Особенностью глиняного теста явл. способность отвердевать при высыхании на воздухе. Силы капилярнрого давления стягивают частицы глины, препятствуя их разделению, следствие чего происходит 2. воздушная усадка (дообжиговое св-во) – изменение линейных размеров свежеотформованного образца в процессе сушки, от первоначального размера образца (2-10%). Воздушная усадка происходит в процессе испарения воды из сырца, вследствие уменьшения толщины водных оболочек вокруг частиц глины, возникновения в порах менисков и сил капиллярного давления, стремящихся сблизить частицы.
3. Огневая усадка (обжиговое св-во) – изменение линейных размеров воздушно-сухого образца в процессе его обжига (2-8%). В процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются в рез. действия сил поверхностного натяжения, т.е. обволакивания частицы кварца. Полная усадка – сумма воздушной и огневой = 5-18%. Большая усадка глина ведет к искривлению образцов и трещинообразованию.
4. Огнеупорность (обжиговое св-во) – способность глины выдерживать действие высоких температур без деформации (более1580 0 С). Различают три вида глин: огнеупорные tразмягчения= 1580 0 С – применяют для изготовления огнеупорного кирпича, фарфора, фаянса; тугоплавкие tразм=1580-1350 0 С – для изготовления напольной плитки, канализационных труб; легкоплавкие tразм менее 1350 0 С – для керамического кирпича, черепицы.
5. Спекаемость (обжиговое св-во) – св-во уплотняться при обжиге и образовывать керамический черепок.
Для регулирования свойств глиняной массы в нее вводят добавки:
1. Отощающие (кварцевый песок, золы ТЭС, гранулированный шлак) – для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глины, и для получения качественных изделий без трещин и искривлений
2. Выгорающие (древесные опилки, бурый уголь, золы ТЭС) – способствуют равномерному спеканию керамического черепка, повышают пористость изделий и трещинностойкость, уменьшают среднюю плотность.
3. Пластифицирующие (высокопластичная глина, павы) — увеличивают пластичность глиняных масс.
Источник
Способы повышения долговечности природных каменных материалов
Добыча и обработка горных пород
Горные породы, применяемые в строительстве
Гранит – состоит из кварца, полевого шпата, слюды, глубинный изверженный. Цвет от серого до красного. Структура зернистая, кристаллическая, плотность 2,7 г/см 3 , пористость 2,5-1,5%, прочность при сжатии 250 Мпа, стоек к выветриванию, хрупкий, низкая огнестойкость.
Применяется в качестве облицовочного камня, щебня, бутового камня. Месторождения на Урале и в Карелии.
Диорит – состоит из полевого шпата и роговой обманки, глубинный изверженный, цвет от зеленого до черного, плотность 2,7-2,9 г/см 3 , прочность при сжатии до 500 МПа, высокая ударная вязкость. Используется для облицовки и в дорожном строительстве. Месторождения в Крыму и на Урале.
Осадочные горные породы.
Песок – рыхлая порода. В строительстве применяется песок с зернами от 0,14 до 5 мм. Минералогический состав зависит от породы, из которой песок. Используют в качестве заполнителя и подсыпки.
Гравий – рыхлая смесь, зерна от 5 до 70 мм, минералогический состав зависит от породы. Применяется для изготовления бетонов и в дорожном строительстве
Песчаники – плотная порода, состоящая из зерен кварца, сцементированных различными природными цементами. В зависимости от вяжущего, могут быть глинистые, известняковые, и кремнистые. Цвет желтый, серый, бурый. Свойства зависят от связующего. Наиболее прочные кремнистые песчаники, предел прочности при сжатии до 150- 250 МПа. Обладают высокой твердостью и стойкостью к истиранию.
Конгломераты – обломочные горные породы , состоящие из цементированных природными цементами гальки, гравия
Существуют открытый и закрытый способы.
Открытый -в карьерах экскаватором добывают песок, глину.
Закрытый – в шахтах или шурфах. Более твердые породы выдалбливают, чтобы не было трещин. В некоторых случаях горные породы на щебень добывают взрывом.
Полученные глыбы камня в дальнейшем обрабатываются на заводах специальными режущими инструментами, в зависимости от твердости материала, полируют и шлифуют.
мягкие породы ( туф, известняк) добывают с помощью камнерезных машин
Защита от выветривания материалов на основе горных пород.
Существуют конструкционный и химический методы.
1) Шлифование и полирование
2) Защита от прямого попадания воды
1) Для карбонатных пород применяется флюатирование. Породы покрывают флюатами, которые взаимодействуют с CaCO3, образуя на поверхности нерастворимые соединения, заполняющие все поры.
2) Некарбонатные породы покрывают пленкообразующими составами.
Источник
Методы повышения долговечности некоторых пород облицовочного камня
Некоторые каменные породы, обладающие высокими архитектурно-декоративными качествами, достаточно долговечны. К их числу относятся, например, фельзитовые туфы Армении желтовато- и зеленовато-белого, кремового, розового и других тонов, а также некоторые андезиты и даниты.
Благодаря красивому внешнему виду названные породы камня нашли применение при облицовке многих зданий и сооружений. Понятно, что весьма важное значение имеет вопрос об изыскании надежных и экономичных способов сохранения этой облицовки.
Обследование ряда зданий показало, что спустя 20—25 лет уже стали заметны многочисленные следы выветривания фельзитовых туфов Кетлинского, Калачннского. Туманянского, Цатерсхого и других месторождений, а также андезита Капутаиского Карнутского месторождений. Быстрее выветривались части облицовки, сильно увлажняемые атмосферными осадками или грунтовой влагой. Там же, где камень былограждет от влаги, он сохранился лучше.
Следовательно, основной причиной разрушения пористых облицовочных материалов, особенно микропористых, к числу которых относятся фельзитовые туфы, является проникновение и многократная миграция воды по капиллярной системе камней.
Общеизвестно воздействие воды и твердой фазе при попеременном намораживании и оттаивании ее в порах различных материалов.
Выполненные нами экспериментальные работы, основанные на методике определения динамического модуля упругости, выявили существенное снижение прочностных показателей образцов пористых камней и значительные объемные изменения их при многократном попеременном водонасыщении и высушивании. Это позволяет объяснить факт преимущественного выветривания туфов на южных фасадах древних сооружений в Армении. Подвергаясь наиболее интенсивному нагреву солнечными лучами, облицовка в данном случае быстро высушивается после каждого намокания. Повторение этого процесса и приводит к выветриванию камня.
Механическое воздействие воды в жидкой фазе включает также растворение некоторых составных частей камня. Косвенное воздействие воды (особенно грунтовой) выражается в том, что она способствует проникновению в камень растворенных в ней солей и дальнейшей их кристаллизации с присоединением молекул воды, т. е. с расширением объема. Присутствие воды благоприятствует также протеканию некоторых реакций химического выветривания под действием вредных атмосферных газов и других агентов.
Таким образом, для повышения долговечности каменной облицовки необходимо заградить доступ атмосферной и грунтовой влаге.
Существует несколько способов повышения долговечности пористых материалов путем уплотнения их поверхностного слоя, обрабатываемого для этой цели различными химическими веществами. Наиболее известен способ флюатирования, т. е. обработки поверхности камня водными растворами металлических солей кремнефтористо-водородной кислоты. Изучение опыта применения флюатов и других (обычно патентованных) средств, уплотняющих поверхностный слон облицовки и, тем самым, уменьшающих доступ влаги, показало, что в большинстве случаев эти средства в конечном итоге приводят к противоположному эффекту: затрудняется свободное испарение влаги с накопление солей под уплотненной коркой и последующее расслоение материала.
Тонкие пленки, покрывающие при этом поверхности камня, стенки пор и капилляров, совершенно невидимы, так что ни цвет, ее фактура его не изменяются. Пленки эти не нарушают паро- и воздухопроницаемости гидрофобизованного материала.
Сущность гидрофобизацни кремнеорганическими соединениями заключается в том, что, реагируя на поверхности с адсорбированной водой, они вызывают образование ориентированных молекул, гидрофильная часть которых в виде силоксановых групп обращена к поверхности материала и связана с ней силами адгезии или химически, а гидрофобные органические радикалы обращены наружу и образуют своеобразную щетку Последняя представляет собой водоотталкивающий слой, поскольку препятствует проникновению крупных молекул воды, пропуская при этом более мелкие молекулы воздуха и пара.
Работами советских химиков были получены удобные для практического применения в строительстве водорастворимые кремнеорганические соединения—алкилсиликонаты натрия примерного состава RSiOONa. В настоящее время Кусковский химический завод под Москвой выпускает один из видов указанных кремнеорганических соединений, а именно — метиленликонат натрия (CHSiOONaj. Это вещество и было использовано нами для проведения опытов по гидрофобизацни некоторых облицовочных камней месторождений Армянской ССР.
В первую очередь были поставлены опыты пэ гидрофобной обработке фельзитовых туфов, в основном Кёрплинского месторождения и, частично, туфа Туманянского месторождения. Для гидрофобизации фельзитовых туфов применялись водные растворы метилсиликоната натрия различной концентрации (от 0,5 до 3%). Покрытие наносилось кистью (в 1,2 и 3 слоя), путем пульверизации и погружением образцов в раствор на различные сроки (от 1 до 60 сек.). Изучались изменения в динамике водопоглощения туфов, величине капиллярных сил. степени размягчения материала при поглощении воды, стойкости его против попеременного водонасыщения и высушивания, а также морозостойкости при различных условиях испытания. Кроме того, изучалась глубина проникновения раствора в туф и сохранность гидрофобного эффекта в течение продолжительного времени. Определялся также расход раствора метилсиликоната натрия на единицу поверхности облицовки из фельзитового туфа при различных способах гидрофобизацни.
В таблице приводятся результаты одной серии опытов по определению динамики водопоглощения фельзитового туфа Кёрплинского месторождения при разных способах обработки концентрации раствора. 
Для гидрофобизацни облицовки из фельзитовых туфов, очевидно, наиболее приемлемым будет способ пульверизации раствора с помощью краскопульта. Сравнительное изучение показало, что обработка кистью и краскопультом даст аналогичный эффект в отношении изменения динамики водопоглощения. При этом расход раствора метилсиликоната натрия приблизительно одинаков.
Обработка метилсиликонатом натрия, не делая камень абсолютно водонепроницаемым, затрудняет доступ влаги. Этого вполне достаточно, поскольку каменная облицовка не подвергается постоянному воздействию воды, а лишь кратковременному смачиванию косым дождем или снегом с последующим высыханием.
Поэтому в качестве одного из критериев повышения долговечности камня может быть условно принято изменение водопоглощения или коэффициента водонасыщения при погружении камня в воду в течение одного часа. За такой промежуток времени водопоглошение гидрофобизованного кёрплинского туфа по данным наших опытов уменьшается в 25 раз, туманянского в 9 раз.
При обработке фельзитового туфа раствором метилсиликоната натрия последний проникает в капилляры. изменяя гидрофильные свойства их поверхности. благодаря чему и уменьшается водопоглощение.
Как известии, капиллярная сила зависит от диаметра капиляров и угла смачивания твердого тела жидкостью. Следовательно, при не диаметре капилляров изменения капиллярной силы будут характеризовать изменения угла смещения.
С целью установления степени изменена ла смачивания фельзитового туфа, обработанное натрия, производились измерения капиллярной силы. Для этой цели был использован сконструированный нами прибор (порозиметр). который дает возможность подвешивать к испытываемому образцу через прослойку воды столб ртути переменной высоты, характеризующей величину капиллярной силы камня.
В необработанном виде фельзитовый туф Кёрплинского месторождения имел среднюю величину капиллярной силы 545 мм рт. столба, при обмазке же в три слоя 1%-ным раствором метилсиликоната натрия эта величина составила 100 мм, а 2 То-ним раствором — 87 мм. При погружении камня в раствор на 10 сек. капиллярная сила выражалась величинами соответственно 65 мм и 31 мм.
Это означает, что обработка фельзитового туфа раствором метилсиликоната натрия сильно увеличивает угол смачивания. При обмазке 2%-ным раствором в три слоя угол смачивания по расчету достигает 80° а при погружении в 2%-ный раствор на 10 сек. — почти 87°, если считать, что без обработки туф вполне гидрофилен, т. е. угол смачивания его равен нулю.
Уменьшение водопоглощения фельзитового туфа после гидрофобизации повышает его водостойкость. Исследование водостойкости туфа производилось по методике определения динамического модуля упругости, что позволяет проследить за изменением свойств материала на одном и том же образце, без его разрушения.
Опыты показали, что модуль упругости необработанных образцов фельзитового туфа по мере водопоглощения снижается после выдерживания в воде в течение 1 часа примерно на 21—22%. Между тем при обработке раствором метилсиликоната натрия в два и три слоя снижение модуля значительно меньше и составляет при растворе 1%-ной концентрации 11 —15%, а 2%-ной концентрации — только 5—6%.
Попеременное водонасыщение и высушивание фельзитового туфа, повторяемое многократно, увеличивает размягчаемость камня. Так, после 50-кратного попеременного водонасыщения и. высушивания необработанного туфа, модуль упругости его при выдерживании в воде в течение 1 часа снижается уже на 30% вместо первоначального 21—22%. При обработке же 2%-ным раствором метилсиликоната натрия в три слоя не наблюдается заметного изменения размягчаемости камня. В этом случае после 50 циклов снижение модуля упругости при часовом водопоглощении составляет всего 6%.
Дополнительным доказательством сильного воздействия попеременного водонасыщения и высушивания на структуру необработанного фельзитового туфа является изменение коэффициента водонасыщения. Если коэффициент водонасыщения образна за 1 час пребывания в воде составляет 0.76 — 50 циклов испытаний он достигает 0,83. что примерно соответствует 48-часовому водопоглошению камня в первоначальном состоянии. При те же условиях коэффициент водонасыщения о метилсиликонатом натрия образца имел ветчину 0,03, без тенденции к повышению.
Непосредственное испытание на предел прочности при сжатии образцов фельзитового туфа, подвергнутых 50-кратному попеременному водонасыщеншо и высушиванию, показало, что гидрофобизованные образцы на 30—70% прочнее не прошедших обработки-.
Как показали результаты испытаний, при стандартной методике никакого улучшения морозостойкости фельзитового туфа, обработанного метилсиликонатом, не наблюдается. Это вполне закономерно, поскольку при многосуточном выдерживании в воде ак практикуется при стандартной методике испытаний на морозостойкость) обработанные образцы насыщаются водой в такой же степени, как необработанные. Следовательно, и разрушение их при морозе должно наступать одновременно.
Но означает ли это, что морозостойкость фельзитового туфа после его обработки метиленликонатом натрия фактически не повышается? Нет, не означает.
Источник
