ГЛАВА 5. КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

5.1. Общие сведения о керамических материалах и их классификация

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин.

«Керамос» – на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

1. По назначению:

2. В зависимости от пористости структуры:

Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор.

Керамические материалы обладают ценными универсальными потребительными свойствами:

Применение: во всех элементах зданий и сооружений, в сборном керамическом домостроении, в строительстве стеновых керамических изделий, для изготовления фасадной керамики, пористых заполнителей для бетонов, санитарно-технической керамики, плитки для полов, керамических канализационных труб и др.

5.2. Глины, их виды и свойства

Основным сырьем для производства керамических строительных материалов является глина.

Глина – осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания и состоящая из глинистых минералов.

Глинистые минералы – рыхлая смесь мельчайших частиц (менее 0,005 мм) различного состава, способных хорошо адсорбировать (поглощать и удерживать) влагу на своей поверхности.

Глина – осадочная горная порода, образовавшаяся в результате разрушения скальных пород в процессе выветривания и состоящая из глинистых минералов.

В глинах содержатся более крупные частицы – пыль (размером от 0,005 до 0,15мм) и песок (размером от 0,15 до 5мм).

А также минеральные вещества – кварциты, магнезиты, хромистые железняки.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонко распределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.

Свойства глины:

1. Пластичность – это способность глин в увлажненном состоянии принимать под влиянием внешних воздействий требуемую форму и размеры и сохранять её без разрывов и трещин при сушке и обжиге.

Пластичность зависит от минерального состава и тонкости частиц глины.

Пластичность можно повысить:

Пластичность можно уменьшить введением отощающих добавок (песок, опилки).

По степени пластичности различают глины высокопластичные (жирные), малопластичные (тощие) и средней пластичности.

«Жирные» глины – чем больше в глине частиц глинистых минералов, тем она больше способна вобрать в себя воды, больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку.

«Тощие» глины – глины с большим количеством песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, легко сушатся, но пластичность у них пониженная.

2. Усадка глины – это уменьшение линейных размеров глиняного сырца при сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку выражают в % от первоначального размера изделия.

Воздушная усадка имеет значение равное от 2 до 12% от первоначального размера изделия. Огневая усадка – 2-8%. Полная усадка складывается как сумма воздушной и огневой усадок.

3. Набухание – способность глины увеличиваться в объеме при перемешивании с водой. Зависит от зернового и минералогического состава.

4. Огнеупорность – характеризуется способностью противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких температур.

По этому признаку глины делятся на:

При производстве керамических изделий в глины вводят различные добавки.

Отощающие добавки вводят в жирные глины. Они уменьшают количество воды затворения, сокращают размеры усадки при сушке и обжиге, облегчают формовочный процесс. К ним относятся кварцевый песок, шамот (глина, обожженная до потери пластичности), бой фарфора и фаянса, золу, молотые шлаки и др.

Порообразующие добавки вводят в глины с целью снижения плотности и теплопроводности керамических изделий. Они одновременно являются и отощающими добавками. По виду воздействия на керамический черепок различают выгорающие добавки (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль и т. п.) и диссоциирующие – с выделением газа, например, СО2 (молотый мел, доломит и др.).

Пластифицирующие добавки вводят в тощие глины с целью повышения их пластичности. Например, поверхностно-активные вещества СДБ (0,1...0,3%), ЛСТ (лигносульфанат технический) и другие вещества.

Плавни вводят в керамические массы с целью понижения температуры спекания. К ним относят стеклобой, полевые шпаты, перлит, мел, доломит, тальк и др.

5.3. Стеновые материалы

К стеновым керамическим материалам относятся: кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый, профильный, керамические камни.

Кирпич – искусственный камень правильной формы, сформированный из минеральных материалов и приобретающий камнеподобные свойства (прочность, водостойкость, морозостойкость) после обжига или обработки паром.

Глиняный кирпич должен быть в форме прямоугольного параллелепипеда с прямыми углами и ребрами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями (Рис. 5.1).


Рис. 4.1. Полнотелый глиняный кирпич

Рис. 5.1. Полнотелый глиняный кирпич

Все грани кирпича должны быть плоскими, а ребра – прямолинейными. Одинарный керамический кирпич имеет стандартные размеры 250×120×65 мм. Свойства глиняного кирпича:

Кроме него, по ГОСТу производятся следующие разновидности керамического кирпича:

Масса кирпича не должна превышать 4 кг.

Эффективный кирпич и керамические камни – выпускаются пустотелыми и пористо-пустотелыми (поризованные камни). Применение такого кирпича и камней позволяет уменьшить толщину стен и сократить расход материалов, а также снизить плотность и теплопроводность, поэтому его называют эффективным. Для получения поризованного кирпича в глиняную массу вводят порообразующие добавки (опилки, торф), которые при обжиге сгорают и образуют множество пор.

Пустоты могут быть: горизонтальные, вертикальные, сквозные, несквозные, щелевидные, цилиндрические, квадратные (Рис. 5.2).

Объем пустот в пустотелом кирпиче 13…33%; водопоглощение по массе не менее 6%. Марки пустотелого кирпича такие же, как и у обычного, марка по морозостойкости не менее F15.

Из пустотелого кирпича возводят наружные и внутренние стены зданий. Из пустотелого кирпича нельзя делать цоколи, фундаменты и подземные сооружения.

Каждый квадратный метр стены из пустотелого кирпича на 200…300 кг легче, чем из обыкновенного. Это не только улучшает теплозащитные свойства стены, но и уменьшает расход основных строительных материалов (кирпича, цемента, стали).

В зависимости от размеров камни могут быть рядовые (размером 250 X 120 X 138 мм), заменяющие два кирпича, модульные (250 X 138 X 138 мм) и укрупненные (250 X 250 X 138 мм).


Рис. 4.1. Полнотелый глиняный кирпич

Рис.5. 2. Керамический кирпич: а) утолщенный); б) одинарный пустотный; в) двойной (камень) и модульный с горизонтальными пустотами

5.4. Понятие об общей технологической схеме производства кирпича

Глиняный кирпич получают из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40 - 50 % песка.

Основные этапы производства:

Существует два способа производства кирпича: пластический (методом экструзии) и полусухой.

При пластическом способе формования сначала подготавливают глину (дробят, удаляют вредные примеси, увлажняют и перемешивают с добавками). Далее происходит формовка единого пласта глиняной массы влажностью 18 – 25% на ленточных прессах. Продвигаясь через пресс, масса выдавливается через специальное отверстие экструдера (мундштука), которое обеспечивает изделиям форму, толщину и ширину. Для получения сквозных отверстий в пустотелом кирпиче в выходную часть головки экструдера устанавливаются специальные приспособления – керны. При выходе из экструдера брус разрезается на отдельные кирпичи тонкой стальной проволокой.

При полусухом прессовании используются более тощие глины. Глинистое сырье имеет влажность 8-12%. Кирпич-сырец формуется поштучно на специальных прессах. Такой сырец не требует сушки, его сразу после формования можно обжигать.


Интересно знать: Кирпич. Современное производство глиняного кирпича


Дефекты при производстве кирпича.

Недожог (недожженный кирпич) получается при недостаточной температуре обжига. Имеет алый цвет и при ударе металлическим предметом издает глухой звук. У такого кирпича пониженная прочность, водо- и морозостойкость. Применяется при кладке малонагруженных внутренних стен.

Пережог (пережженный кирпич, железняк) получается при слишком высокой температуре. Кирпич имеет повышенную массу, оплавленную поверхность и искаженную форму; цвет его фиолетово-бурый. Его назначение – кладка в сырых местах.

Недожог и пережог (Рис. 5.3) устанавливают путем сравнения цвета и водопоглощения испытываемого кирпича с образцом – эталоном.

Рис. 4.3. Дефекты кирпича

Рис. 5.3. Дефекты кирпича

Высолы – белесый налет, который образуется в результате оседания водорастворимых солей при испарении влаги из кирпича и кладочного раствора. Высолы способствуют разрушению материала (кирпич покрывается мелкими чешуйчатыми сколами), а также портят внешний вид кладки (Рис. 5.4).

Рис. 4.4. Высолы

Рис. 5.4. Высолы

Известковые включения (дутики) – при действии влаги разрушают кирпич. Возникают при недостаточной тонкости измельчения сырьевой массы. В изделии могут оказаться кусочки известняка 1-5мм. При обжиге они превращаются в негашеную известь, которая при взаимодействии с водой превращается в гашеную известь и увеличивается в объеме в несколько раз (Рис. 5.5). Наличие дутиков определяется визуально при пропаривании керамических изделий.

Рис. 4.5. Известковые включения

Рис. 5.5. Известковые включения

5.5. Керамические изделия для облицовки фасадов

При пластическом способе формования не имеют поверхностных дефектов, у них однородный цвет (от белого до черного), правильная форма, гладкие ровные лицевые поверхности. Для повышения качества изделий в глину вводят обогащающие добавки. Эти кирпичи применяются как для внешней отделки зданий, сооружений, так и для внутренней отделки стен, каминов.

К таким изделиям относятся: фактурный, фасонный, глазурованный, клинкерный и ангобированный кирпичи (Рис. 5.6).

Фактурный кирпич получают путем нанесения на грани кирпича рисунка.

Фасонный кирпич – имеет округлые углы и ребра, применяется для кладки конструкций сложных форм (арок, колонн).

Глазурованный кирпич – получают с помощью нанесения на обожженную поверхность глазури, состоящей из измельченного стекла или специальной глины, и обжигают вторично при температуре меньше 1000˚C. В результате поверхность кирпича приобретает стекловидный водонепроницаемый слой.

Ангобированный кирпич – на высушенный сырец наносят специальное покрытие (ангоб), состоящее из 80-90% беложгущейся глины и 10-20% стеклобоя, и обжигают. Этот кирпич имеет матовую непрозрачную поверхность.

Клинкерный кирпич – получают из высококачественных тугоплавких глин с добавлением флюсов и стекловидного шамота с последующим обжигом до спекания при температуре более 1250˚C и не менее 30 часов. Свое название клинкерный кирпич получил благодаря звуку, издаваемому при постукивании кирпичей друг о друга.

Рис. 4.6. Керамические изделия для облицовки фасадов

Рис. 5.6. Керамические изделия для облицовки фасадов

5.6. Специальные виды керамических материалов

К специальным видам керамических материалов относятся огнеупорные и кислотоупорные материалы, санитарно-технические изделия и др. Огнеупорные материалы в виде кирпича и фасонных изделий применяют для строительства промышленных печей и топок. Они выдерживают температуры до 1500-1700 градусов (необходимых в металлургии, стеклоделии, обжиге фарфора) без малейших повреждений (Рис. 5.7).

К ним относится шамотный кирпич , в состав которого вводят до 70% шамота (обожженной огнеупорной глины). Он имеет песчано-желтый цвет и зернистую структуру.

Рис. 4.7. Виды огнеупорного кирпича

Рис. 5.7. Виды огнеупорного кирпича

Лекальный кирпич изготавливается в виде деталей разной формы, с плоскими постелями и криволинейными боковыми гранями, например с вырезом в форме сегмента цилиндра (Рис. 5.8). Применяется при кладке колонн, дымовых труб и других частей сооружений с криволинейными очертаниями, чтобы избежать обтёсывания, которое уменьшает прочность кирпича.

Рис. 4.8. Лекальный кирпич

Рис. 5.8. Лекальный кирпич

Кислотоупорный кирпич производится из смеси, состоящей из дунита (горная порода, повышающая термостойкость) и чистых кислотоупорных, тугоплавких и огнеупорных глин, спекающейся при температуре 1100 – 1200˚С. Кислотоупорные изделия применяют для футеровки башен и резервуаров на химических предприятиях, для устройства полов и защиты стен в цехах с агрессивными средами.

5.7. Хранение и транспортировка кирпича

Упаковка. На поддонах изделия должны быть уложены либо в «ёлку» (Рис. 5.9), либо «на ребро» с перекрёстной перевязкой (Рис. 5.10). Масса одного поддона должна быть не более 0,85т. Поддоны кирпича, уложенные перекрестной перевязкой, должны быть упакованы либо металлической лентой по ГОСТу 3560, либо термостойкой пленкой по ГОСТу 25951, либо растягивающейся пленкой по ГОСТу 10354.

Рис. 4.9. Укладка кирпича в «ёлку»

Рис. 5.9. Укладка кирпича в «ёлку»

Рис. 4.10. Перекрёстная перевязка

Рис. 5.10. Перекрёстная перевязка

Хранение. Изделия должны храниться на поддонах раздельно по маркам и видам в сплошных одноленточных штабелях в один ярус. Допускается установка поддонов друг на друга не выше двух ярусов, а также хранение изделий на ровных площадках с твердым покрытием в одноленточных штабелях без поддонов.

Погрузка и выгрузка пакетов изделий должны производиться механизированным способом при помощи специальных грузозахватных устройств. Погрузка изделий навалом и выгрузка их сбрасыванием не допускаются.

БЛОК САМОКОНТРОЛЯ

Для повторения и закрепления теоретического материала ознакомьтесь:


«Какие бывают виды кирпича? Характеристики и применение кирпича»



Презентация «Керамические материалы и изделия»


Дайте ответы на следующие вопросы:

  1. Какие материалы называются керамическими?
  2. Какие свойства керамических материалов обусловили их широкое использование в строительстве?
  3. Каковы потребительские свойства керамических материалов?
  4. Где применяются строительные керамические материалы и изделия из них?
  5. Что является сырьём для производства керамических строительных материалов?
  6. Какими свойствами обладает глина?
  7. От чего зависит пластичность глины?
  8. Какие добавки вводят в глину при производстве керамики и как они влияют на свойства изделий?
  9. Что такое отощающие добавки, и для каких целей их применяют в керамическом производстве?
  10. Какие изделия относят к стеновым керамическим материалам?
  11. Перечислите физико-химические свойства глиняного кирпича.
  12. Назовите разновидности керамического кирпича.
  13. Перечислите основные этапы производства кирпича.
  14. Какие дефекты могут быть при производстве кирпича?
  15. Какие керамические изделия применяются для облицовки фасадов?
  16. Что относится к специальным видам керамических материалов?
  17. Какие огнеупорные изделия Вы знаете? Где они применяются?
  18. Назовите виды укладки кирпича на поддоны.
  19. Как должен храниться и транспортироваться кирпич?
ПРОВЕРОЧНЫЙ ТЕСТ 1 УРОВНЯ ПРОВЕРОЧНЫЙ ТЕСТ 2 УРОВНЯ