- •Введение
- •Раздел 1 строительные материалы – материальная база строительства и архитектуры
- •1.1. Связь строительства и архитектуры с материальной базой
- •1.2. Понятия – «строительный материал», «изделие», «конструкция»
- •1.3. Классификация строительных материалов и изделий
- •1.4. Комплексная связь строительства и архитектуры с их материальной базой и научно-техническим прогрессом
- •1.5. Основные архитектурно-строительные требования к строительным материалам
- •1.6. Физический и моральный износ строительных материалов
- •1.6.1. Физический износ
- •1.6.2. Моральный износ
- •1.7. Общая схема формирования качества строительных материалов
- •1.8. Материалы будущего – прогнозы и перспективы
- •Раздел 2 конструкционные и конструкционно-отделочные строительные материалы
- •2.1. Общие сведения
- •О конструкционных и конструкционно-отделочных материалах
- •2.2. Древесина, ее свойства и область применения в строительной практике
- •2.3. Основные свойства природного камня. Развитие архитектурных форм из природного камня. Современные направления в использовании природного камня в архитектуре
- •2.4. Использование керамических изделий в архитектурно-строительной практике
- •2.5. Стекло. Общие сведения, основные свойства, применение архитектурно-строительного стекла
- •2.6. Металлы в строительной практике. Свойства, область применения. Металлические конструкции
- •2.7. История развития и применения бетона и железобетона в архитектурно-строительной практике
- •2.8. Общие сведения о силикатных материалах, их разновидности, применение обычного и цветного силикатного кирпича, силикатных бетонов
- •2.9. Внедрение пластмасс в архитектурно-строительную практику. Эксплуатационно-технические и эстетические свойства пластмасс. Номенклатура и ассортимент строительных материалов
- •2.10. Конструкционные материалы для дорожных покрытий. Клинкерный кирпич, дорожный бетон, асфальтобетон
- •Раздел 3 функциональные строительные материалы
- •3.1. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства теплоизоляционных материалов
- •3.1.1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах
- •3.1.2. Классификация теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.3. Основные свойства теплоизоляционных строительных материалов
- •3.1.4. Способы создания высокой пористости теплоизоляционных материалов
- •3.1.5. Неорганические теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.1. Минераловатное волокно и изделия на его основе
- •3.1.5.2. Материалы и изделия из поризованных искусственных стекол
- •3.1.5.3. Теплоизоляционные материалы и изделия из горных пород
- •3.1.5.4. Ячеистые бетоны
- •3.1.5.5. Асбестосодержащие теплоизоляционные материалы и изделия
- •3.1.5.6. Керамические теплоизоляционные изделия
- •3.1.6. Органические теплоизоляционные материалы
- •3.1.6.1. Теплоизоляционные материалы на основе древесины
- •3.1.6.2. Теплоизоляционные материалы на основе местного сырья
- •3.1.6.3. Полимерные теплоизоляционные материалы
- •3.2. Общие сведения, классификация, разновидности, применение и основные свойства акустических материалов
- •3.2.1. Общие сведения
- •3.2.2. Классификация акустических материалов и изделий
- •3.2.3. Звукопоглощающие материалы и изделия
- •Однослойные пористые звукопоглощающие материалы и изделия
- •Звукопоглощающие изделия из пористых материалов с перфорированным покрытием
- •3.2.4. Звукоизоляционные материалы и изделия
- •3.3. Применение и основные свойства гидро-, пароизоляционных и герметизирующих материалов
- •3.3.1. Общие сведения
- •3.3.2. Классификация гидроизоляционных материалов
- •3.3.3. Выбор гидроизоляционных материалов и их сроки службы
- •3.3.4. Гидроизоляционные материалы на основе битумов и дегтей с модификацией полимерами Рулонные материалы
- •Штучные изделия
- •Мастики
- •Эмульсии, пасты, лаки
- •3.3.5. Гидроизоляционные материалы на основе полимеров Окрасочные материалы
- •Пленочные материалы
- •Листовые и рулонные материалы
- •3.3.6. Герметизирующие материалы
- •3.4. Общие сведения, классификация и разновидности кровельных материалов
- •3.4.1. Общие сведения
- •3.4.2. Классификация кровельных материалов
- •3.4.3. Виды кровельных материалов Рулонные материалы
- •Штучные и листовые материалы
- •Мембраны
- •Мастичные покрытия
- •Раздел 4 строительные материалы специального назначения
- •4.1. Общие сведения и разновидности жаростойких материалов
- •4.1.1. Общие сведения
- •4.1.2. Основные виды жаростойких материалов и изделий
- •4.2. Общие сведения, классификация, основные свойства, основы технологии и разновидности огнеупорных материалов
- •4.2.1. Общие сведения
- •4.2.2. Классификация огнеупорных материалов
- •4.2.3. Свойства огнеупорных материалов
- •4.2.4. Основы технологии огнеупоров
- •4.2.5. Основные виды огнеупорных материалов
- •4.2.5.1. Кремнеземистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.2. Алюмосиликатные огнеупорные изделия
- •4.2.5.3. Магнезиальные огнеупорные изделия
- •4.2.5.4. Хромистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.5. Углеродистые огнеупорные изделия
- •4.2.5.6. Карбоидные и нитридные огнеупорные материалы
- •4.2.5.7. Огнеупорные изделия из чистых окислов
- •4.2.6. Легковесные огнеупорные материалы
- •Разновидности пористых огнеупорных материалов
- •4.2.7. Мертели, растворы и защитные обмазки
- •Мертели и растворы
- •Защитные обмазки
- •4.2.8. Огнеупорные бетоны и набивные массы Огнеупорные бетоны
- •Набивные массы
- •4.3. Общие сведения, классификация и разновидности химически стойких материалов
- •4.3.1. Общие сведения и классификация химически стойких материалов
- •4.3.2. Разновидности химически стойких материалов
- •4.3.2.1. Химически стойкие изделия из природных каменных материалов
- •4.3.2.2. Химически стойкие изделия на основе ситаллов
- •4.3.2.3. Химически стойкие изделия на основе керамики
- •4.3.2.4. Химически стойкие изделия на основе жидкого стекла
- •4.3.2.5. Химически стойкие изделия из кислотоупорного цемента и бетона
- •4.4. Общие сведения, свойства и разновидности материалов для защиты от радиации
- •4.4.1. Общие сведения
- •4.4.2. Виды радиоактивного излучения
- •4.4.3. Методы наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и частиц
- •4.4.4. Источники ионизирующих излучений
- •4.4.4.1. Ядерные реакторы
- •4.4.5. Основные виды материалов для радиационной защиты
- •4.4.6. Виды защит от радиоактивного излучения
- •Заключение
- •Библиографический список рекомендуемой литературы
- •III тысячелетие н.Э.
- •Для студентов бакалавриата, обучающихся по направлению подготовки «Химия, физика и механика материалов»
- •394006 Воронеж, ул. 20-лет Октября, 84
4.3.2.3. Химически стойкие изделия на основе керамики
Химически стойкие керамические изделия отличаются способностью противостоять длительному воздействию различных химических агентов в жидкой и газообразной фазе, а также переменным воздействиям нагрева и охлаждения. Такие изделия характеризуются повышенной плотностью черепка, которая обеспечивает высокую механическую прочность и непроницаемость изделий для жидкостей и газов [21].
Основным сырьем для изготовления керамических кислотоупоров служат спекающиеся тугоплавкие и огнеупорные глины. Для фарфоровых масс и для регулирования свойств керамических кислотоупорных масс применяют также каолин.
В качестве добавок, регулирующих реологические свойства масс, используют плавни (полевые шпаты, пегматит, нефелин-сиенит, отходы полевошпатных пород), отощители (шамот, бой кислотоупорных и фарфоровых изделий) и др.
В качестве материалов, повышающих механическую прочность и теплопроводность изделий, применяют глинозем, карборунд, электрокорунд. Повышение термических свойств достигается введением в массу талька, дунита и карборунда.
Большинство керамических химически стойких изделий хорошо противостоит действию неорганических и органических кислот (кроме фтористоводородной и горячей фосфорной) и значительно хуже растворов щелочей.
Керамические химически стойкие изделия по структуре черепка подразделяются на две основные группы:
с грубозернистым черепком (кислотоупорные кирпичи и плитки, термокислотоупорные плитки и др.);
с тонкозернистым черепком (кислотоупорные трубы и фасонные части к ним, различная аппаратура и ее детали – сосуды, насосы, сифоны).
Качество керамических кислотоупорных изделий во многом определяется правильной дозировкой исходных компонентов и тщательным их смешением. Приготовленная масса должна быть однородной с равномерным распределением отощающих материалов и плавней между частицами глинистых компонентов, а также должна иметь одинаковую влажность во всех своих частях.
В зависимости от вида и состава шихты, а также метода их формования в производстве кислотоупоров применяют следующие способы приготовления массы: пластический, полусухой и шликерный.
Пластический способ приготовления масс имеет самое широкое распространение. Этот метод применяют при производстве кирпича, плиток и многих видов керамической химической аппаратуры. Способом полусухого прессования изготавливают кислотоупорные кирпичи и плитки. Для изготовления химической аппаратуры повышенной плотности применяют шликерный способ подготовки.
В зависимости от вида химически стойких изделий и способа подготовки массы формование осуществляется следующими способами:
пластическим формованием на вакуум-прессах без последующей допрессовки или с допрессовкой на механических прессах (кирпичи, плитки, трубы, заготовки для формования химической аппаратуры);
полусухим прессованием на механических прессах (кирпичи, плитки);
литьем в гипсовые формы (химическая аппаратура из фарфоровых масс).
Отформованные керамические химически стойкие изделия подвергают сушке в сушилках камерного и туннельного типа, в которых в качестве теплоносителя используются нагретые газы или горячий воздух. Получила широкое распространение радиационная сушка лампами инфракрасного излучения.
Обжигают химически стойкие изделия в основном в печах туннельного типа. Для керамических кислотоупоров температура обжига составляет 1180…1280 0С, для фарфоровых изделий – 1320…1410 0С.
Свойства кислотоупорных керамических изделий приведены в табл. 4.19.
Таблица 4.19
Основные свойства химически стойких изделий
Свойства |
Керамические изделия |
||
с грубозернистым черепком |
с тонкозернистым черепком |
из твердого фарфора |
|
Водопоглощение, % |
2…10 |
0,2…3,0 |
0…0,2 |
Средняя плотность, кг/м3 |
2000…2170 |
2100…2250 |
2300…2400 |
Предел прочности, МПа: при сжатии при изгибе при растяжении |
30…90 10…20 6…10 |
80…150 25…70 15…25 |
400…500 - 25…30 |
Кислотостойкость, % |
95…98 |
97…99,5 |
99,5…99,7 |
Термостойкость (количество теплосмен) |
2…20 |
2…30 |
Более 15 |
Коэффициент термического расширения, 10-6 |
2,5…5,5 |
2,5…6,0 |
4,0…6,0 |
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м·0С) |
0,8…1,16 |
1,4…2,8 |
- |
Кислотоупорный кирпич изготавливается четырех форм: прямой размером 230×113×65 мм, клиновой (торцовый и ребровый) размером 230×113×65×55 мм, радиальный (поперечный и продольный) и фасонный.
Основным сырьем для изготовления кислотоупорного кирпича служат спекающиеся при 1100…1250 0С тугоплавкие и огнеупорные глины. Обычно такие глины являются средне- или умереннопластичными, поэтому в зависимости от их пластичности, величины воздушной и огневой усадки в массу вводят 20…40 % шамота.
Основными свойствами кирпича являются кислотостойкость (не менее 96…98,5 %), прочность при сжатии (35…60 МПа) и термическая стойкость (5…25 теплосмен).
Применяют кислотоупорный кирпич для футеровки аппаратов больших размеров (башни, резервуары), желобов, газоходов на химических заводах, а также для кладки фундаментов аппаратов, колонок, выкладки решеток в нижней части башен.
Кислотоупорные плитки получают из кислотоупорных масс, в которые вводят шамот размером 2…3 мм. В некоторые массы с целью получения заданной плотности и прочности вводят пирофиллит, пегматит и другие компоненты.
Кислотоупорные плитки производятся шести марок: кислотоупорные фарфоровые – КФ, термокислотоупорные дунитовые – ТКД, термокислотоупорные для гидролизной промышленности – ТКГ, кислотоупорные для строительных конструкций – КС, кислотоупорные шамотные – КШ и термокислотоупорные шамотные – КШ. В табл. 4.20 приведены составы плиточных масс.
Таблица 4.20
Составы масс для изготовления кислотоупорных плиток
Компоненты |
Содержание компонентов, % |
||||
для кислотоупорных плиток |
для термокислотоупорных плиток |
||||
Глина Пирофиллит Пегматит Шамот Тальк Каолин |
52…80 - - 20…43 - - |
70 - 10 20 - - |
50 20 - 30 - - |
48 - - 40 12 - |
42 - - 40 8 10 |
По форме плитки бывают: квадратные плоские, квадратные радиальные, прямоугольные, клиновые и спаренные. С одной стороны плитки имеют ребристую поверхность, обеспечивающую лучшее сцепление с футеруемой конструкцией. Размеры плиток меняются в пределах: длина и ширина – 50…200 мм, толщина – 10…50 мм.
Основные свойства плиток различных марок приведены в табл. 4.21.
Таблица 4.21
Технические требования к кислотоупорным плиткам
Основные свойства |
Плитки |
||
кислотоупорные К |
термокислото- упорные ТК |
для гидролизной промышленности |
|
Кислотостойкость, % не менее, для плиток толщиной, мм: до 10 от 10 до 30 свыше 30 |
98 97 96 |
- 97 96 |
- - 97 |
Водопоглощение, % не более, для плиток толщиной, мм: до 30 30 35 50 |
6 7 - - |
7 9 - - |
- - 6 8 |
Предел прочности, МПа, не менее: при сжатии при изгибе |
30 15 |
30 15 |
30 - |
Термическая стойкость (количество теплосмен), не менее |
2 |
8 |
10 |
Помимо свойств, перечисленных в табл. 4.21, плитки должны иметь правильную форму, четкие грани. Рабочая сторона должна быть гладкая, без впадин, выпуклостей. В изломе плитки должны иметь мелкозернистое строение, без пустот, трещин и посечек.
Кислотоупорные плитки применяют для футеровки аппаратов, работающих без резких температурных перепадов, различных емкостей, а также для покрытия полов, облицовки стен, желобов и др.
Термокислотоупорные плитки применяют для футеровки варочных котлов сульфатцеллюлозной и гидролизной промышленности и некоторых других аппаратов, работающих при переменном температурном режиме.
Изделия для химической аппаратуры в зависимости от вида и назначения изготавливают из тонкозернистых шамотированных масс с добавкой плавней для повышения их плотности, прочности и кислотоустойчивости.
В зависимости от размеров и формы изделия формуют следующими способами:
1) пластическим формованием на вакуум-прессах;
2) формованием в гипсовых формах;
3) формованием в вакуум-прессах с доформовкой в гипсовых формах или обточкой на токарных станках;
4) литьем в гипсовые формы.
Изделия химической аппаратуры по конструкции и условиям эксплуатации подразделяются на два типа:
- аппараты без движущихся частей (различные емкости, башни, теплообменники и др.);
- аппараты с движущимися частями (реакционные аппараты с мешалками, насосы, эксгаустеры и др.).
К аппаратам без движущихся частей относятся аппараты открытого и закрытого типа, аппараты, работающие под давлением или вакуумом, теплообменная аппаратура, трубы и арматура. К аппаратам открытого типа относятся различные сосуды, котлы, ванны и др. (рис. 4.2).
Сосуды цилиндрические и конические применяют для хранения агрессивных жидкостей. Их изготавливают различных емкостей – от 5 до 200 л. Ванны керамические применяют для отстоя, кристаллизации, приготовления растворов в различных химических и других производствах. Для выпаривания, концентрирования растворов и кристаллизации солей изготовляют выпарные чаши и котлы различных форм и размеров (см. рис. 4.2). Такие чаши и котлы большей частью изготовляют из фарфора. Они получили широкое применение в производстве химико-фармацевтических препаратов, чистых реактивов и в пищевой промышленности. Чаши фарфоровые выпускают емкостью от 10 до 150 л, котлы – от 15 до 150 л, керамические котлы – от 25 до 600 л.
Аппаратами закрытого типа (рис. 4.3) являются баллоны и сосуды для хранения и транспортирования кислот [21].
Для процессов, в которых необходимо обеспечить тесный контакт между агрессивными газом и жидкостью (сушка и очистка газов, адсорбция, концентрация и др.), используют керамические башни. Такие башни являются основными аппаратами, применяемыми при конденсации соляной и органических кислот (уксусная, муравьиная и др.), а также для осушки хлора и сернистого газа.
В качестве теплообменных керамических аппаратов наибольшее применение получили змеевики-холодильники. Их используют для конденсации агрессивных паров и газов, охлаждения, подогрева и других целей.
Для химических процессов, требующих смешения компонентов применяют реакционные аппараты с мешалками. Реакционный аппарат представляет сосуд с крышкой. Через отверстие в крышке проходит керамический вал с лопастями. Для подогрева и охлаждения корпус аппарата помещают в стальную рубашку, в которой имеется змеевик. Выгрузка продуктов из аппарата осуществляется с помощью сифона либо через специальный штуцер в дне.
Для перекачивания растворов кислот (кроме плавиковой и фосфорной) с температурой до 80 0С, а также холодных растворов щелочей применяют различные типы насосов. Рабочие элементы насосов изготавливают из керамической массы, содержащей корунд, или из твердого фарфора; корпус – из спекшейся керамической массы или твердого фарфора. Все остальные детали изготовляют из стали и чугуна, покрытые кислотостойкой эмалевой краской.
Для отсасывания и транспортирования агрессивных паров и газов изготавливают керамические эксгаустеры, которые в зависимости от расположения всасывающего и выхлопного патрубков, направления паров и газов подразделяют на угловые и горизонтальные аппараты.
Для транспортирования агрессивных жидкостей и газов применяют керамические трубопроводы, монтируемые из кислотоупорных труб, которые по способу их соединения изготовляют двух типов: раструбные и с коническими фланцами. Наибольшее распространение при изготовлении трубопроводов имеют трубы с коническими фланцами, которые соединяют с помощью металлических хомутов, обеспечивающих герметичность стыка. Такие трубопроводы используют при работе под некоторым давлением или вакуумом. В трубопроводах, работающих без давления или вакуума, используют раструбные трубы, которые стыкуют, уплотняя места соединения конца ствола одной трубы в раструбе второй асбестовым шнуром с битумом, гудроном или замазками.
Кислотоупорные трубы обоих типов производят диаметром от 25 до 300 мм и длиной 300, 500, 700 и 1000 мм. Помимо прямых труб выпускают фасонные части, позволяющие менять направление трубопровода, а также регулировать количество транспортируемых жидкостей и газов.
Для регулирования и отключения подачи жидкостей или газов в трубопроводах и аппаратах применяют керамические спускные, проходные и трехходовые краны диаметром от 10 до 150 мм.
Независимо от вида продукции завершающей стадией производства изделий химической аппаратуры является механическая обработка. От качества механической обработки зависят точность сочленения и герметичность соединений отдельных деталей, а также точность монтажа аппаратов и коммуникационных линий. Основными видами механической обработки изделий являются:
- шлифование;
- обточка;
- притирка.
Трубы и фасонные части к ним, детали запорной арматуры и другие изделия подвергают шлифованию. Обточкой обрабатывают некоторые детали насосов, эксгаустеров и других изделий со сложной конфигурацией, а притиркой – детали кранов, вентилей и др.
Процесс механической обработки керамической и фарфоровой аппаратуры, которая характеризуется высокой твердостью, абразивностью и хрупкостью, является весьма сложным и трудным процессом, требующим применения соответствующего оборудования, инструментов, абразивных материалов.
Механическую обработку изделий керамической и фарфоровой аппаратуры осуществляют на различных типах шлифовальных и токарных станков, которые используются для обработки металлов. Режущим инструментом в таких станках служат шлифовальные круги и резцы из твердых сплавов.
Кроме того, применяется ультразвуковой способ обработки керамических деталей. Он используется для обработки глухих и сплошных отверстий различной конфигурации (шпоночных и шлицевых пазов, узких щелей, квадратов, срезов и др.). Ультразвуковой обработкой можно получить 8…10 класс чистоты поверхности и высокую точность (до 0,01 мм).