Характеристика общих технологических переделов изоляционных материалов

При производстве различных видов отделочных, тепло- и гидроизоляционных материалов протекают сложные физико-химические процессы. Среди них следует отметить такие, которые обеспечивают преимущественное выполнение прочностных и других эксплуатационных требований к материалу, а также процессы, придающие специальные свойства. Например, гидратация и твердение цементов при производстве бетонов, твердофазовые реакции при получении керамики, стеклообразование и кристаллизация при производстве стекла, ситаллов приводят к формированию прочного материала. Примером процессов, придающих специальные свойства материалам, может служить поризация массы для получения высокопористого строения и, как следствие, высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Процессы придания формы изделиям с требуемыми свойствами технологически могут осуществляться различными способами. Так, бетонные и железобетонные изделия получают виброуплотнением, вибропрессованием, центрифугированием и т. п. с последующим естественным твердением, пропариванием или автоклавированием.

В общей теории синтеза искусственного строительного камня роль технологии в структурообразовании и затвердевании материалов определена как основная. Это позволяет выделить общие признаки, присущие всем способам получения строительных материалов и изделий, объединить их в теоретическую технологию.

Любая технология преследует цель — получение при ограниченных экономических затратах материалов или изделий определенных форм и размеров с заданными стабильными свойствами. Качество изделий с эксплуатационной точки зрения определяется постоянством свойств и их показателями. Последние достигаются при обеспечении сохранности формирующихся в материале структурных связей. Поэтому технологический передел, при котором образуются структурные связи, является общим для всех материалов. Таким же общим переделом является и тот, при котором достигается гомогенизация всех сырьевых компонентов, участвующих в формировании таких связей, т. е. приготовление смеси для последующего формования изделия.

Повышение качества изделий, сокращение продолжительности технологического цикла и уменьшение производственных затрат возможно при использовании кондиционных сырьевых компонентов, которые в результате специальной обработки повышают свою реакционную способность. Этот общий для всех технологий передел является подготовительным.

Специальные свойства материалов (теплопроводность, водонепроницаемость, декоративность и др.) могут задаваться на стадиях приготовления смеси, формования изделия, фиксации структуры конгломерата, а также в результате специальных технологических переделов: шлифования, полирования, окрашивания материала для повышения его декоративных показателей, пропитывания специальными компонентами для повышения водонепроницаемости и т. д.

Технологический процесс получения материалов обычно начинается с подготовки сырья и заканчивается на стадии фиксации формы и структуры или на стадии придания им специальных свойств. Однако существует ряд технологий, в которых могут отсутствовать некоторые общие технологические переделы. Например, при производстве вспученного перлита, распиловке и последующей обработке природных камней отсутствует стадия перемешивания компонентов. Эти примеры являются частными случаями общих принципов производства строительных материалов.

Любой технологический передел имеет определенную продолжительность. Протекающие в материале процессы при этом часто накладываются друг на друга. Так, например, одновременно с образованием структурных связей формируется макроструктура и могут протекать процессы, придающие специальные свойства будущему материалу (например, ячеистое стекло). Деление технологического процесса на стадии несколько условно, так как даже после стадии фиксации структуры в период эксплуатации в материале продолжают протекать процессы, направленные на упорядочение структуры связующего вещества.

Из этого следует, что четко разграничить стадии невозможно, хотя общая закономерность последовательности технологического процесса от подготовительной стадии к стадии фиксации структуры материала сохраняется. Кроме того, следует учитывать, что каждая конкретная технология имеет свои специфические особенности. Поэтому приведенная в табл. 1.3 характеристика технологических стадий производства отделочных, теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов носит общий характер.

Таким образом, в зависимости от исходного сырья и физического состояния структуры его вещества синтез определенных искусственных тел происходит как следствие образования различных типов структур за счет возникающих между микро- и макрочастицами контактов и структурных связей (рис. 1.2).

По определяющим признакам — способности восстанавливаться после разрушения и противостоять действию воды — структурные связи и контакты (по П. А. Ребиндеру) делятся на: 1) коагуляционные с пленочными неводостойкими контактами; 2) псевдоконденсационные с точечными неводостойкими контактами, не противостоящими диспергирующему действию воды; 3) конденсационно-кристаллизационные и конденсационные с фазовыми водостойкими контактами, противостоящими этому действию. Разрушение структур с контактами первого типа носит обратимый характер, а структуры с контактами второго и третьего типов разрушаются необратимо (рис. 1.2, а). Нестабильное состояние вещества дисперсных частиц (по работам В. Д. Глуховского и Р. Ф. Руновой), кроме того, предопределяет возможность реализации механизма контактного твердения (рис. 1.2, б):

• при тонких пленках воды между макрочастицами возникают водостойкие пленочные обратимые контакты; при уплотнении и обезвоживании или уплотнении сухих порошков — водостойкие точечные обратимые контакты, которые формируют контактно-конденсационные структуры;
• образованию водостойких фазовых необратимых контактов, формирующих конденсационно-кристаллизационные структуры путем срастания как микрочастиц (молекул) формирующейся новой фазы, так и макрочастиц вещества нестабильной структуры, предшествует образование водостойких фазовых обратимых контактов, также способных формировать контактно-конденсационные структуры.

Во всех описанных случаях технологическая стадия формирования структурных связей в материалах заканчивается синтезом физических тел определенных размеров и формы. При этом в телах, полученных плавлением и спеканием, все вещество, а в телах, образующихся за счет контактного или гидратационного твердения, та его часть, которая участвует в образовании структурных связей, находятся, как правило, в метастабильном или в нестабильном состояниях. Исходя из общих принципов стадийных переходов в веществах (см. рис. 1.1) можно считать, что сами рассматриваемые тела находятся в состоянии, которое условно можно охарактеризовать как аморфное или субмикрокристаллическое. В процессе эксплуатации в результате развития кристаллизации в явной или скрытой форме эти тела стремятся к переходу в твердое кристаллическое состояние. Все это сопровождается уменьшением размеров тел в результате усадки и ползучести, увеличением плотности и другими явлениями, связанными с самоорганизацией вещества.

При производстве материалов без связующего, например засыпок и волокнистых материалов, структура фиксируется в результате механических сил сцепления между частицами. Для облицовочных плит из природного камня, производство которых не требует связующего, под технологическим этапом фиксации структуры и формы подразумевают придание им точных размеров.

Вид и последовательность операций при придании специальных свойств определяются типом выпускаемых изделий. Конкретные виды специальных технологических переделов описаны в соответствующих разделах учебника.