4-1Строительные материалы

Классификация по техническим признакам
1. Природные каменные материалы: рыхлые (песок, щебень, глина); штучные (мрамор, туф);
2. Неорганические вяжущие материалы (полученные на основе минерального сырья – портландцемент, известь, гипс).
3. Строительные растворы и бетоны на основе неорганических вяжущих: кладочные растворы, штукатурные растворы и т.д.
4. Керамические материалы и изделия, полученные из глин и обожженные (черепица, керамический кирпич, керамзит)
5. Материалы из минеральных растворов (минеральная вата)
6. Теплоизоляционные и акустические материалы и изделия как штучные, так и рыхлые (теплоизоляционный бетон, ячеистый - силакпор)
7. Битумные и дегтевые материалы и изделия на их основе для кровли и гидроизоляции (толь, рубероид)
8. Полимерные строительные материалы (лаки, краски, линолеум, плёнки)

Основные отрасли производства строительных материалов
Горнодобывающая отрасль промышленности строительных материалов:
около 8 тыс. разведанных месторождений с 34 видами полезных ископаемых, запасы которых являются сырьем для производства строительных материалов

Основные отрасли производства строительных материалов
Производство теплоизоляционных материалов
Классификация теплоизоляционных материалов:
— материалы на основе минеральных и стеклянных волокон;
— строительные пенопласты;
— теплоизоляционные бетоны;
— прочие материалы (на основе перлита, вермикулита и т. д.).

Основные отрасли производства строительных материалов
Производство стеновых материалов
Требования к стеновым материалам:
— высокий уровень теплозащиты у стеновых изделий;
— широкая цветовая гамма лицевых изделий;
—минимальные допуски по размерам у блоков и многопустотных камней.

Основные отрасли производства строительных материалов
Неорганические вяжущие материалы
1. Воздушные (при затворении их водой образуют пластичное тесто, а со временем твердеют и набирают прочность только на воздухе).
2. Гидравлические (при затворении их водой образуют пластичное тесто и со временем твердеют и набирают прочность, как на воздухе, так и в воде).

Строительный гипс
Гипсовые вяжущие вещества – это тонко измельченные продукты тепловой обработки двуводного сульфата кальция. Гипс получают в основном из горной породы, которая называется природный гипсовый камень ( СаSО4 · 2Н2О).
В результате тепловой обработки при 160 – 180 оС получается полуводный гипс:
СаSО4 · 2Н2О → СаSО4 + 2Н2О
Строительный гипс используют как добавку в растворы, в бетоны, в качестве вяжущего материала, в гипсокартонных изделиях, при заливке полов, изготовлении сантехкабин.
Преимущества строительного гипса:
- простота технологического процесса;
- быстрое схватывание и твердение, способствующее сокращению производственного цикла;
- низкая себестоимость продукции.
К недостаткам следует отнести низкую его водостойкость и невысокую прочность.

Производство цемента
Цементное производство России объединяет 50 действующих предприятий, из которых 46 имеют полный цикл производства, остальные 4— это помольные установки. Производство цемента постоянно растет и и в 2015 г. составил 48 млн. т.
Цемент не является природным материалом. Его изготовление - процесс дорогостоящий и энергоемкий. На выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов.
Цемент применяют для производства бетонов, бетонных и железобетонных изделий, строительных растворов, асбестоцементных изделий.

Цемент
Цемент - это название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция, образовавшиеся при высокотемпературной обработке сырьевых материалов, доведенных до частичного или полного плавления.
Портландцемент — продукт тонкого измельчения портландцементного клинкера и гипса (от 1,5-5 % от массы клинкера). Гипс добавляют для регулирования сроков схватывания портландцемента.

Цемент
В результате рационально подобранной и обожженной смеси образуются минералы портландцементного клинкера, придающие портландцементу вяжущие свойства:
Алит (3CaO · SiO2);
Белит (2CaO · SiO2);
Трехкальциевый алюминат (3CaO · Al2O3)
Четырехкальциевый алюмоферрит (4СаО· Al2O3· Fe2O3)
При затворении водой эти минералы образуют нерастворимые соединения:
3CaO · SiO2· nН2О
3CaO · Al2O3· nН2О
4СаО· Al2O3· Fe2O3· nН2О.

Цемент:
способы производства
Выбор способа зависит от вида сырьевых материалов и от общего технического уровня производства:
1. Сухой (измельчение сырья без воды).
2. Мокрый (измельчение сырья в присутствии воды).
3. Комбинированный (смешанный) – измельчение сырьевых компонентов в присутствии воды и последующее ее отфильтровывание.

Самый важный и дорогой процесс при изготовлении портландцемента - обжиг
Обжиг осуществляется во вращающихся печах

Как обжигают?
При производстве цемента смесь тонко измельченных известняка и богатой SiO2 глины обжигают до начала спекания (1400–1600 °С) во вращающихся печах (слегка наклонные, выложенные внутри огнеупорным кирпичом стальные трубы диаметром 2–3 м и длиной в несколько десятков метров).
Печь лежит на роликах и приводится мотором в медленное вращение. В ее верхнюю часть непрерывно вводится исходная смесь, которая при постепенном продвижении вниз все более разогревается за счет тепла сгорающих в печи газов (или каменноугольной пыли).
Обожженный продукт (цементный клинкер) после остывания тщательно перемалывается.

Технологические свойства портландцемента
1. Тонкость помола (2800-3800 г/см3);
2. Водопотребность (необходимое количество воды в процентах от массы цемента, для получения цементного теста нормальной густоты);
3. Сроки схватывания (определяются с момента затворения портландцемента водой и до того момента, когда соответствующие приборы зафиксируют начало и конец схватывания);
4. Прочность портландцемента на сжатие и изгиб;
5. Активность и марка портландцемента.
Марка определяется по пределу прочности на сжатие при соответствующей величине предела прочности при изгибе, округленная в меньшую сторону до ближайшей марки.

Основные виды портландцемента
быстротвердеющий цемент (БТЦ);
высокопрочный цемент ВПЦ.
шлакопортландцемент ШПЦ;
cульфатостойкий портландцемент СПЦ;
пуццолановый портландцемент ППЦ;
расширяющийся портландцемент РПЦ;
белый портландцемент БПЦ;
на основе белого цветной ПЦ.

Применение
в бетонных и железобетонных конструкциях (блоки, стеновые, фундаментные, плиты стеновые, колоны, балки и т.д.).
для бетонирования поверхностей;
для замоноличевания стыков;
для заделки различных скважин (нефтяных, газовых) и др.

Производство стекла
Стекло – аморфная субстанция, которая находится в твердом состоянии при температуре окружающей среды.
Стекло получается в процессе охлаждения расплавов, которые имеют разный химический состав и обладают особенностями твердых тел.

Сырье для производства стекла
Стекло можно получить из различных оксидов, которые получают из многокомпонентной сырьевой смеси. Среди всего сырья выделяют основные и вспомогательные:
К основным материалам относятся:
- кварцевый песок;
- сода и сульфат натрия;
-доломит;
- известняк;
- поташ.
Вспомогательные сырьевые материалы вводят в сырьевую смесь для ускорения процесса варки и придания стеклу специальных свойств (осветление, глушение, окрашивание).

Схема процессов силикатообразования
В самом простом случае для трехкомпонентной шихты CaО—Na2О—SiО2 она может быть представлена в такой последовательности:
образование двойного карбоната
CaNa2(С03)2 > 380 °С;
образование силикатов
CaNa2(C03)2+ 2Si02 = Na2Si03+CaSi03+ 2С02 600-830 °С;
Na2C03 + Si02 = Na2Si03 + СО2 720- 800 °С

Основные типы стекла
кварцевое;
известковое;
свинцовое;
энергосберегающее;
армированное;
солнцезащитное;
гнутое;
листовое;
бронированное;
медицинское;
акриловое;
силикатное;
кварцевое;
оптическое.

Процесс получения стекла включает:
создание изначальной смеси компонентов;
подготовка шихты к дальнейшей переработке;
подача состава в специальную печь;
выплавка стекла.

Варка производится в специальных стеклоплавильных печах
непрерывного (ванные печи)
периодического (ванные и горшковые печи) действия.
Ванная печь непрерывного действия:
1,2,3 - выработочные каналы; 4 - разделительные устройства; 5 - студочная часть печи; 6 - регенераторы; 7 - горелки; 8 - загрузочный карман; 9 - варочная часть печи; 10 - свод печи

Производство гипсокартона
Гипсокартон состоит из склеенной с помощью гипсовой смеси картонных листов.
Гипсокартон используется для обшивки стен, создания многоуровневых потолочных конструкций, колон, перегородок, арок, ниш и прочих вариантов мебели. С помощью ГКЛ легко скрывают коммуникации или дефекты поверхности.

Производство строительной арматуры
Основное применение арматуры – придание дополнительной прочности и долговечности сооружениям из бетона. Она максимально близка к нему по коэффициенту теплового расширения, что дает возможность эффективного совместного использования.

Производство строительной арматуры
Разновидности арматуры:
горячекатаная
холоднодеформированная
По применению разделяют на 4 группы:
рабочая – формирует каркас и задает форму железобетонным изделиям,
монтажная – позволяет закрепить основные элементы при бетонировании,
распределительная – способствует равномерному распределению нагрузки,
хомуты – связывает рабочие стержни в единый каркас.
Непосредственно рабочая арматура делится еще на две группы:
продольную, предотвращающую появление вертикальных трещин,
поперечную, уменьшающую вероятность наклонного растрескивания.

Производство кирпича
Материалом для изготовления кирпича может быть большое количество сыпучих и измельчённых веществ, но самыми популярными являются глина и песок с известью.
Красный керамический кирпич делают почти целиком из глины,
Производство силикатного кирпича основано на смеси песка и извести. Характеристики такого материала несколько ниже, чем керамического, что компенсируется сравнительно низкой ценой.

Производство керамического кирпича
включает следующие стадии:
подготовка добавок
дробление глины
формование кирпича
сушка кирпича
обжиг кирпича

Производство обоев
Обои – отделочный материал на бумажной, тканевой, полимерной основе или в виде специального состава используемого для покрытия стен и потолка (жидкие обои).
Самые распространенные бумажные обои производятся в виде бумажной полосы длиной от 7 до 18 м, шириной 500-1000 мм, с рисунком, наносимым с помощью специальных машин.
Для нанесения рисунка используются от 1 до 20 красок, чем их больше, тем выше качество производимых обоев.