Ceramika, szkło, stal
Ceramika
��wyroby z  wypalanej gliny , tzn. wyroby ceglarskie i cegły, szkliwione kafle, płytki ścienne,
elementy ogniotrwałe (szamotowe, krzemionkowe, termalitowe), rury i kształtki kanalizacyjne,
płytki kwasoodporne, ceramika półszlachetna (wyroby z fajansu, ceramika sanitarna), kruszywa
lekkie z wypalanej gliny (glinoporyt)
��składniki glin
��minerały (kaolinit, montmorylonit, illit)
��tlenki ( tlenek żelazowy Fe2O3, nadający czerwone zabarwienie, limonit Fe4O3(OH)6 o barwie
żółtobrunatnej)
��rodzaj surowca dobiera się do wyrobu, np. kształtki krzemionkowe produkuje się ze zmielonego
kwarcytu z dodatkiem wapna; a głównymi składnikami szamotu są Al2O3 i SiO2 w postaci
minerałów mulitu i krystobalitu
Procesy zachodzące podczas wypalania mieszanki ceramicznej
zarobionej wodą
��poniżej 150�C suszenie, wydzielanie się wolnej wody
��150 - 400�C wydzielanie się wody zarobowej
��400 - 600�C rozkład gliny, powstanie metakaolinitu
Al4(OH)8Si4O10 2 (Al2O3�2SiO2) + 4H2O
��250 - 700�C utlenianie substancji organicznych i innych
��powyżej 950�C przegrupowanie struktury Al-Si, powstaje krystobalit SiO2 i zdefektowany spinel
2Al2O3�3SiO2
��powyżej 1000�C powstaje mulit i krystobalit
3Al2O3 + 6SiO2 3Al2O3� 2SiO2 + 4 SiO2
Materiały ogniotrwałe
��materiały, z których wyroby w temperaturze powyżej 1500�C nie ulegają odkształceniu.
��najważniejsze substancje występujące w tworzywach ogniotrwałych to:
��krystobalit SiO2 o temperaturze topnienia Tt = 1700�C
��korund Al2O3 o temperaturze topnienia Tt = 2050�C
��mulit 3Al2O3� 2SiO2 o temperaturze topnienia Tt = 1800�C
��magnezja MgO o temperaturze topnienia Tt = 2800�C
��forsteryt Mg2SiO4 o temperaturze topnienia Tt = 1890�C
��tlenek cyrkonu ZrO2 o temperaturze topnienia Tt = 2700�C
��spinel MgAl2O4 o temperaturze topnienia Tt = 2135�C
��chromit FeCr2O4 o temperaturze topnienia Tt = 2180�C
Szkło
��ciecz sztywna składająca się z mieszaniny SiO2 i innych tlenków metali
��jednorodny, zazwyczaj przezroczysty materiał izotropowy i bezpostaciowy
��oznacza się bardzo małą przepuszczalnością ciepła,
��małym przewodnictwem elektrycznym,
��jest odporne na działanie wody, powietrza i wielu innych substancji, kwasów, zasad i soli
��jedynie fluorowodór, fluorki, stężone roztwory zasady sodowej, chlorowodów i kwasy fosforowe mogą
reagować ze szkłem
��powstaje w wyniku stopienia (ok. 1500�C) i ostudzenia bez krystalizacji mieszaniny piasku
kwarcowego (powyżej 70%) i innych dodatków (poniższa tabela)
Surowce do wytwarzania szkła
Materiał wyjściowy Tlenek tworzący szkło
Piasek kwarcowy SiO2 SiO2
Soda Na2CO3 Na2O
Sól glauberska Na2SO4 Na2O
Uwodniony węglan potasowy K2O
2K2CO3�3H2O
Wapień CaCO3 CaO
Boraks Na2B4O7�10H2O B2O3 i Na2O3
Skaleń Na2O(K2O)�Al2O3�6SiO2 SiO2, Al2O3, Na2O(K2O)
Dolomit CaCO3�MgCO3 CaO, MgO
Węglan baru BaCO3 BaO
Składy tlenkowe typowych szkieł
Szkło SiO2 Al2O3 Na2O CaO B2O3 MgO K2O ZnO PbO BaO Inne
Kwarcowe 100%
(krzemionkowe)
Borowo-krzemowe 70% 9% 10% 8% 3%
Sodowo-wapniowe 72% 1% 14% 9% 3% 1%
(okienne)
Sodowo-wapniowe 71% 1% 14% 9% 1% 1% 1%
(opakowaniowe)
Na włókna (szkło E) 54% 15% 22% 8% 1%
Ołowiowe 58% 3% 15% 24%
(kryształowe)
Szkło w budownictwie
��głównie szkło sodowo-wapniowe (tzw. szkło zwykłe) o zawartości:
��SiO2 powyżej 70%
��Na2O 15-17%
��CaO 0,5-8%
��wytwarzane w postaci szkła płaskiego ciągnionego lub walcowanego, a także formowanego na
powierzchni stopionego metalu ( float ) oraz szkła profilowanego
��wytwarza się także:
��kształtki szklane
��szkło piankowe (spieniane np. w wyniku rozkładu CaCO3 CaO + CO2ę!)
��Włókniste materiały szklane (wytwarzane ze stopionej mieszanki szklarskiej w procesie
przypominającym otrzymywanie  waty cukrowej ). Włókna szklane mają średnicę 1-6 �m i dobre
właściwości izolujące (współczynnik przewodzenia ciepła 0,04 W/m�K)
Stal i inne metale stosowane w budownictwie
��wszystkie metale z wyjątkiem rtęci w temperaturze pokojowej są ciałami stałymi, o wysokim
metalicznym połysku oraz dobrej przewodności cieplnej i elektrycznej
��ze względu na gęstość dzięki się metale na:
��lekkie (d < 5000 kg/m3, np. Li, Mg, Al)
��ciężkie (d > 5000 kg/m3, np. Fe, Cr, Ni, Sn, Pb, Hg)
��ze względu na temperaturę topnienia wyróżnia się metale:
��trudno topliwe (Tt > 700�C), np. Fe, Cr, W, Ni
��łatwo topliwe (Tt < 700�C), np. Sn, Zn, Pb
��charakteryzują się wysokimi parametrami mechanicznymi (wysoka wytrzymałość na
rozciąganie), wysoka plastyczność (trwałe odkształcenie plastyczne może wynosić kilkadziesiąt
procent, np. stale austeniczne) umożliwiająca obróbkę mechaniczną materiału: walcowanie,
wyciskanie, kucie, ciągnienie, tłoczenie.
Porównanie metali z innymi materiałami budowlanymi
Materiał Gęstość d, Wytrzymałość na Moduł sprężystości
kg/m3 rozciąganie fr, MPa E, GPa
Stal budowlana 7800 300-1700 215
Miedz
8730 150-190 110
Cynk 7140 120-150 80
Aluminium 2700 100 70
Betony cementowe 2000-2200 5 20-30
Betony żywiczne 1900-2200 15-25 10-40
Gips budowlany 1200 1-3,5 -
Kamień budowlany 2000-2700 3-20 20-115
Laminaty żywiczno- 1500-2000 60-600 10-30
szklane
Drewno 900-1200 100 11
Właściwości metali
��są konsekwencją wiązania metalicznego i charakterystycznej budowy krystalicznej
��większość metali krystalizuje w trzech typach sieci krystalicznej:
��regularnej, ściennie centrowanej, np. Al, Cu, �  Fe
��regularnej, przestrzennie centrowanej, np. Cr, ą  Fe
��heksagonalnej zwartej, np. Mg, Zn
��metale i ich stopy są zazwyczaj ciałami polikrystalicznymi, składającymi się z wielkiej liczby
ziaren przypadkowo zorientowanych w przestrzeni. Wynikiem polikrystalicznej budowy metali
jest makroskopowa izotropia właściwości
��metale w budownictwie są z reguły stosowane w postaci stopów, ale także często stosowane są
w postaci tlenkowej jako pigmenty do farb
Żelazo i jego stopy
��najbardziej rozpowszechniony w skorupie ziemskiej metal ciężki, ze względu na dużą
reaktywność nie występuje w czystej postaci, zazwyczaj występuje w związkach na dwóch
stopniach utlenienia (II i III), łatwo zmienia elektrowartościowość w roztworach wodnych Fe2+ "!
Fe3+
��odporne na działanie wody wapiennej oraz zasad, co ma duże znaczenie w przypadku zbrojenia
betonu (żelbet)
��odmiany alotropowe żelaza
Fe ą Fe � Fe �
ferryt 911�C austenit 1392�C �-ferryt
Produkcja żeliwa
��surówkę żelaza otrzymuje się przez redukcję rud tlenkowych (hematyt Fe2O3, magnetyt Fe3O4,
limonit Fe4O3(OH)6
��Fe2O3 + 3C 2 Fe + 3CO
��Fe2O3 + 3CO 2 Fe + 3CO2
��C + CO2 CO
��rudy siarczkowe (pirotyn FeS, piryt FeS2) wstępnie wypala się do postaci Fe2O3
��wyprodukowaniu 1 tony żeliwa towarzyszy powstanie 1 tony żużla  produktu odpadowego
��w technice największe znaczenie mają stopy żelaza z węglem, występujące w postaci stali
(zawartość C < 2% wag.) lub żeliwa (zawartość C > 2% wag.)
��stopione w wielkim piecu żeliwo ulega nawęglaniu, w wyniku czego powstaje cementyt oraz
roztwory stałe węgla w żelazie (rozpuszczenie węgla w sieci krystalicznej żelaza)
3 Fe + C Fe3C
Stal
��stale są stopami zawierającymi żelazo (ponad 50%) oraz jeden lub więcej pierwiastków, z których
najważniejszy jest wegiel
��właściwości stali zależą od zawartości węgla, zawartości składników stopowych, zastosowanej obróbki
mechanicznej i cieplnej
��w budownictwie stosuje się przede wszystkim stale konstrukcyjne węglowe lub stopowe o niskiej
zawartości węgla (0,05  0,65%)
��właściwości stali modyfikuje się przez odpowiednie dodatki stopowe:
��Cr, Ni  poprawa odporności na korozję
��W, V  poprawa odporności na wysokie temperatury i ścieranie
��umowne znaki składników stopowych (A- azot, B-bor, F-wanad, G-mangan, H-chrom, J-
aluminium, K-kobalt, M-molibden, N-nikiel, S-krzem, T-tytan, W-wolfram, Cu-miedz
, Nb-niob