Керамические отделочные материалы
Министерство образования науки
Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Сибирский государственный
индустриальный университет"
Архитектурно-строительный институт
Кафедра архитектуры и строительных
материалов
Реферат по дисциплине "Новые
строительные материалы"
На тему: "Керамические
отделочные материалы"
Новокузнецк 2013 г.
Содержание
Введение
1. Общие сведения о керамических материалах
1.1 Классификация керамических материалов и изделий
1.2 Общие свойства керамических материалов и изделий
2. Отделочные керамические материалы
3. Сырьевые материалы
3.1 Глины
3.2 Добавки
4. Основы технологии керамики
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Самые ранние изделия из глины были хрупкими, они боялись
влаги, и в глиняных сосудах можно было хранить лишь сухие продукты. Но,
разгребая золу угасшего костра, человек не раз замечал, что глинистая почва в
том месте, где горел костер, становится твердой как камень. Эти наблюдения,
видимо, и навели человека на мысль обжигать для прочности глиняные изделия.
Вещи из обожженной глины принято называть керамикой.
В современном мире в строительстве очень широко применяются
керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью,
значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также
распространенностью в природе сырьевых материалов.
Целью данной работы является рассмотрение и
изучение отделочных керамических материалов. В соответствии с поставленной
целью можно выделить и задачи работы: изучить общие сведение о керамических
материалах, свойства отделочных керамических материалов и изделий; сырьевые
материалы для производства отделочных керамических материалов и изделий: глины,
добавки, технология производства керамических изделий.
Керамические изделия обладают различными свойствами, которые
определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также
условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е.
тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют
керамическим черепком.
1. Общие
сведения о керамических материалах
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.
Большая прочность, значительная долговечность, декоративность
многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов
обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в
строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере
Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.
Среди сырьевых порошкообразных материалов - глина, которая
имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она
большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства.
Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала
каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме
каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые.
Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам,
являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также
некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты,
магнезиты, хромистые железняки.
Для технической керамики (чаще именуемой специальной)
используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых
оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и
др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до
2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике,
радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе
карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов
как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры
плавления до 3500 - 4000 В°С, особенно из группы карбидов.
Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно
из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили
признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность
представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая -
огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между
поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает
стойкость материала к тепловому удару.
Для строительной керамики вполне пригодна глина, которая
является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. В
сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической
промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте.
1.1
Классификация керамических материалов и изделий
Керамические изделия обладают различными свойствами, которые
определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также
условиями обжига - газовой средой, температурой и длительностью. Материал, из
которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют
керамическим черепком.
Строительные керамические изделия классифицируют по структуре
керамического черепка и по их конструктивному назначению в отдельных элементах
зданий и сооружений.
По структуре черепка различают изделия с пористым и со
спекшимся черепком, а также изделия грубой и тонкой керамики. Пористыми в
технологи керамики условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка
превышает 5%, обычно такой черепок пропускает воду. Спекшимся считают черепок с
водопоглощением ниже 5%; как правило он водонепроницаем.
У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение
(макронеоднородный). Большинство строительных керамических изделий -
строительный кирпич, черепица, канализационные трубы и др. - являются изделиями
грубой керамики.
У изделий тонкой керамики излом черепка имеет макрооднородное
строение. Он может быть пористым, как, например, у фаянсовых облицовочных
глазурованных плиток, и спекшимся (плитки для полов, кислотостойкий кирпич,
фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком с водопоглощением ниже 1%
называют каменными керамическими. Если при этом черепок обладает еще и
просвечиваемостью, то его называют фарфором.
По конструктивному назначению различают следующие группы
керамических строительных материалов и изделий:
стеновые изделия - кирпич, керамические камни и панели из
них;
фасадные изделия - лицевой кирпич, различного рода плитки;
архитектурно-художественные детали, наборные панно;
изделия для внутренней облицовки стен - глазурованные плитки
и фасонные детали к ним (карнизы, уголки, пояски);
плитки для облицовки пола;
изделия для перекрытий (балки, панели, специальные камни);
кровельные изделия - черепица;
санитарно-строительные изделия - умывальные столы, унитазы,
ванны;
дорожные изделия - клинкерный кирпич;
изделия для подземных коммуникаций - канализационные и
дренажные трубы;
теплоизоляционные изделия (керамзито-керамические панели,
ячеистая керамика, диатомитовые и шамотные легковесные изделия);
заполнители бетонов (керамзит, аглопорит).
Приведенная классификация показывает, что керамические
изделия находят применение во всех элементах зданий и сооружений вплоть до
сборного керамического домостроения. Однако лишь некоторые из них сохраняют
благоприятные перспективы на длительное существование и дальнейшее развитие.
Строительный материал или изделие может считаться прогрессивным, отвечающим современным
тенденциям строительной техники, если он кроме соответствия предъявляемым к
нему техническим требованиям обладает еще сборностью, т.е. допускает применение
его в конструкциях индустриальными методами, а по экономичности, оцениваемой
совокупными затратами (на заводе и стройплощадке), конкурентоспособен с другими
строительными материалами того же назначения (взаимозаменяемыми). Далеко не все
керамические строительные изделия обладают этими качествами. Поэтому
производство некоторых из них не только не развивается, но даже постепенно
свертывается.
1.2 Общие
свойства керамических материалов и изделий
К керамическим материалам предъявляются различные требования
соответственно тем воздействиям, которые они испытывают при использовании их в
строительстве. В связи с этим необходимо знать основные свойства керамического
материала и пути их регулирования в процессе изготовления различных
керамических изделий.
Водопоглощение керамических материалов характеризует
количественную величину их пористости и соответственно степень спекания,
которая в свою очередь влияет на многие рабочие свойства изделий строительной
керамики: морозостойкость, паро- и воздухопроницаемость, сцепление с раствором,
загрязняемость и д. р. Диапазон этого показателя для изделий строительной
керамики в зависимости от их вида и назначения довольно велик - от 1 - 30%.
Предел прочности при сжатии Rсж керамических материалов
зависит от их состава и структуры и уменьшается с увеличением размера образца.
Наиболее важное значение Rсж имеет для изделий стеновой керамики, которые
воспринимают большие нагрузки в зданиях и сооружениях. По этому показателю
стеновые изделия маркируют, принимая за марку среднюю величину по результатам
испытания пяти образцов. Для изделий строительной керамики Rсж находится в пределах
7,5-70 МПа.
Предел прочности при изгибе керамических материалов Rиз зависит от тех же
факторов, что и Rсж, с той лишь разницей, что здесь структура материала оказывает
более резкое влияние на его сопротивляемость изгибу. Для керамических материалов
Rиз находится в пределах
0,7-5 МПа.
Морозостойкость называют способность материала в
насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание
или оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения
прочности. Показателем морозостойкости является количество теплосмен, которое
выдерживает материал без признаков разрушения.
Обстоятельные исследования по влиянию гранулометрии пор на
морозостойкость керамических материалов выявили следующие положения:
все поры в керамическом материале (с точки зрения
морозостойкости) могут быть разделены на три категории: опасные, безопасные и
резервные;
опасные поры заполняют водой при насыщении на холоду. В них
она удерживается при извлечении материала из воды и замерзает при температуре
от - 15 до - 20 ºС. Диаметр этих пор от
200 до 1 мк для глиняного кирпича пластического прессования, от 200 до 0,1 мк
для глиняного кирпича полусухого прессования;
безопасные поры при насыщении на холоду водой не заполняются,
либо заполнившая их вода не замерзает при указанных температурах. Это обычно
мелкие поры. Заполняющая их вода становится по существу пристеночной
адсорбированной влагой, имеющей свойства почти твердого тела и температуру
замерзания существенно ниже (-20 ºС);
резервные поры при насыщении на холоду полностью заполняются
водой, но из них при извлечении образца из насыщенного сосуда вода частично
вытекает вследствие малых капиллярных сил. Это крупные поры диаметром более 200
мк.
Согласно этим исследованиям, керамический материал будет морозостойким,
если в нем объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема
замерзающей воды в опасных порах.
Морозостойкость определяет долговечность керамических
материалов при их службе в условиях воздействия на них внешней среды. Поэтому
требования морозостойкости регламентированы ГОСТами для стеновых, фасадных,
кровельных и некоторых других изделий строительной керамики.
Керамические изделия по морозостойкости подразделяют на марки
Мрз15, Мрз25, Мрз35, Мрз50. Марка морозостойкости соответствует количеству
теплосмен, которое изделие должно выдерживать без каких-либо признаков видимых
повреждений.
Теплопроводность керамических материалов зависит от их объемной массы, состава,
вида и размера пор и резко возрастает с увеличением их влажности, так как
теплопроводность воды выше теплопроводности воздуха 
в 20 раз. Замерзание воды в порах материала ведет к дальнейшему
резкому возрастанию его теплопроводности, поскольку теплопроводность льда 
больше теплопроводности абсолютно плотного керамического черепка 
примерно, в 2 раза, больше теплопроводности воды в 4 раза и
больше теплопроводности воздуха в 80 раз.
Паропроницаемость действующими ГОСТами и ТУ не регламентирована. Однако в некоторых
случаях она влияет на долговечность строительных конструкций. Низкая
паропроницаемость стеновых материалов может являться причиной потения
внутренней поверхностей стен, особенно в зданиях с повышенной влажностью
воздуха. По экспериментальным данным, коэффициент паропроницаемости плиток
полусухого прессования с водопоглощением 8,5; 6,5 и 0,25% соответственно равен
0,155; 0,0525; 0,029 г/ (м∙ч?Па).
В многослойных стенах неодинаковая паропроницаемость отдельных
слоев стены может вызвать накопление влаги в ее толще, последующее ее
замерзание и отслаивание части стены. По этой причине вполне не надежна
сквозная фасадная облицовка стен глазурованными плитками, обладающими низкой
паропроницаемостью.
По температуре плавления керамические изделия и исходные глины
разделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350В°С),
тугоплавкие (с температурой плавления 1350-1580В°С) и огнеупорные (свыше
1580В°С). С температурой плавления в интервале 2000-4000Х, используются для
технических (специальных) целей.
Отличительная особенность всех керамических изделий и материалов
состоит в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности.
Хрупкость чаще всего относится к отрицательным свойствам строительной керамики.
Она обладает высокой химической стойкостью и долговечностью, а форма и размеры
изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам или техническим
условиям.
2. Отделочные
керамические материалы
Керамику в роли отделочного материала
применяют издавна и очень широко. Это объясняется как декоративностью керамики,
так и ее стойкостью и долговечностью. Облицовка керамикой не только придает
декоративность, но и защищает конструкцию от внешних воздействий.
Различают отделочную керамику для наружной
и внутренней облицовки, а также для покрытия полов. Для каждой области
применения используют керамику с различным строением черепка (плотным или
пористым) и соответственно с разными свойствами. Материалы для наружной
облицовки зданий и сооружений включают в себя лицевой кирпич, крупноразмерные
облицовочные плиты и архитектурные детали (терракоту) и плитки различных
размеров.
Марки по прочности у лицевого кирпича
такие же, как и у обычного; морозостойкость несколько выше: не ниже F25. Как
правило, лицевой кирпич - пустотелый. Лицевым поверхностям кирпича можно
придавать рельеф обработкой влажных сырцовых заготовок гребенками или
рельефными валками. Декорируют лицевой кирпич ангобированием и двухслойным
формованием. Эти методы позволяют экономить дефицитные бело-жгущиеся глины и
пигменты.
Особенно декоративен глазурованный кирпич.
Глазурь позволяет получать любые цветовые оттенки и сохранять их яркость в
течение длительного времени; она почти не загрязняется и легко моется.
Долговечность такой отделки - десятки и сотни лет. Для зданий с кирпичными
стенами отделка лицевым кирпичом - самый эффективный вид отделки, так как она
одновременно является частью стены и выполняет все ее функции.
Керамические плиты и плитки для фасадной
отделки выпускают в широком ассортименте размеров, цветов и фактуры
поверхности. Коврово-мозаичная плитка очень облегчает отделку стен: путем
простого втапливания ковра в раствор (или бетон) и последующего смывания бумаги
после затвердевания раствора. Такая отделка может производиться как на заводе
одновременно с формованием стеновых панелей, так и в построечных условиях по свежеуложенной
штукатурке.
Плитки керамические фасадные применяют для облицовки наружных стен
кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей,
подземных переходов и других элементов зданий и сооружений. Плитки выпускают
различных размеров (от 120 
65 до 300 200 мм), цветов и фактуры поверхности. Плитки изготовляют методом
полусухого и пластического прессования. Морозостойкость плиток F35 и F50.
Тыльная сторона плиток имеет рифление для обеспечения сцепления с раствором
(бетоном) (рис. 1.).
Рис. 1. Плитка керамическая фасадная
Крупноразмерные керамические плиты размером от 500 500 мм до 600 1200 мм и толщиной до, 10 мм имеют плотный, полностью спекшийся
черепок с очень низким водопоглощением (менее 1%). Такая структура достигается
тщательным подбором сырьевых материалов (глин и добавок), прессованием плит из
сырьевой массы с малой влажностью (не более 5-6%) при очень большом давлении
(до 50 МПа); обжиг плит производится при температуре до 1300 
. Полученные таким образом плиты напоминают каменный материал и
характеризуются высокой морозо- и износостойкостью.
Плиты могут иметь матовую и полированную поверхность различных
цветов, часто со структурой, напоминающей фанит. По этой причине и за высокие
физико-механические свойства такие плиты получили название керамогранит.
Крупноразмерные керамические плиты крепят на фасадах с помощью
металлических раскладок на некотором относе от стены - это так называемые вентилируемые
фасады. Кроме отделки фасадов, плиты типа керамогранит используют для
покрытия полов в общественных зданиях (магазинах, выставочных залах и т.п.), в
жилых зданиях в местах общего пользования и прихожих в качестве полноценной
замены плит из природного камня. Еще одна область применения подобных плит -
кровельный материал ардогрес - искусственный сланец.
Терракота (от
лат. terra cotta - жженая земля) - крупноразмерные облицовочные изделия в виде
плит, частей колонн, наличников и других архитектурных деталей. Терракота
возникла в Древней Греции как замена облицовки из натурального камня.
Впоследствии в различные исторические периоды терракота многократно входила в
моду и широко использовалась в строительстве. Последний период увлечения
терракотовой облицовкой в нашей стране пришелся на 40-50-е годы. В этот период
терракотовые плиты и архитектурные детали использовались для облицовки зданий
Московского университета (МГУ), всех высотных домов в Москве и многих
многоэтажных жилых домов того периода в Москве, Киеве и других крупных городах.
Терракота - очень долговечный и декоративный облицовочный
материал, незначительно уступающий природному камню по свойствам, но
значительно менее трудоемкий в производстве. Терракотовые изделия формуются из
пластичных глиняных масс: плиты на ленточных прессах, а архитектурные детали с
помощью форм (гипсовых, деревянных и металлических). Физико-механические
показатели терракотовых изделий: марка по прочности - не ниже 100 кгс/см2,
морозостойкость не менее F50.
Плитку для внутренней облицовки выпускают разнообразных типоразмеров.
Чаще других используют плитку размером 150 150 мм и 200 300 мм, кроме плиток, выпускают фасонные элементы: фризы, уголки
и т.п. Такую плитку часто называют кафельной. Это название пошло от
фаянсовых изделий коробчатой формы с глазурованной поверхностью (от нем. Kachel
- глиняная плошка), использовавшихся в XVII-XIX вв. для облицовки печей в жилых
и общественных зданиях; по-русски их называли изразцами (от старослав. образить
- украсить) (рис. 2.).
Рис. 2. Печной изразец (кафель) (вид с тыльной стороны)
Плитки для внутренней облицовки имеют пористый черепок и с лицевой
стороны покрыты глазурью. Глазурь не только придает плиткам декоративный вид,
но и делает их водостойкими, химически стойкими и гигиеничными. Такие плитки
широко применяют для облицовки стен: санитарно-технических узлов и кухонь в
жилых и общественных зданиях, в больницах, на предприятиях пищевой и химической
промышленности, вестибюлей и лестничных клеток (рис.3.). Нельзя использовать их
для настилки полов (глазурь легко царапается) и наружной облицовки (пористый
черепок зимой быстро вызовет разрушение плиток).
Плитки для полов должны обладать высокой износостойкостью и
минимальным водопоглощением, поэтому их изготовляют из тугоплавких глин методом
сухого или полусухого прессования, обжигая их до полного спекания. Такие плитки
почти не имеют пор и практически водонепроницаемы. В соответствии со стандартом
их водопоглощение не должно быть выше 4 % (как правило, оно не более 1-2%).
Такие плитки часто называют метлахские (от названия немецкого города
Mettlach, где было одно из первых производств подобных плиток).
Плитки могут быть окрашены в массе или иметь окрашенным только
верхний слой. Поверхность плиток большей частью гладкая, но производят плитки и
с фактурной поверхностью (например, имитирующие грубообработанный камень или
древесину). Плитки отличаются высокой износостойкостью и прочностью, стойки к
действию воды и химических реагентов, декоративны и легко моются. Размеры
плиток: от самых мелких (23 23 мм) мозаичных до плиток среднего размера (300 300 мм). Для полов общественных зданий, торговых центров,
выставочных залов и т.п. используют крупноразмерные (до 600 600 мм) плиты из керамогранита. В роли материала для полов
керамическая плитка отличается высоким теплоусвоением: такое покрытие пола
называют холодным.
В странах с теплым климатом (Южная Европа, Египет, Сирия и т.п.)
полы из керамической плитки применяют во всех помещениях, включая гостиные и
спальные комнаты. В России полы из плиток принято устраивать в помещениях с
сырым режимом эксплуатации и повышенными гигиеническими требованиями
(санитарно-технические узлы, лаборатории, больницы, пищеблоки и т.п.).
Рис. 3. Отделка стен и пола керамическими плитками
В настоящее время в связи с появлением подогреваемых полов круг
помещений, где целесообразно применять керамические плитки для полов, будет
расширяться.
3. Сырьевые
материалы
3.1 Глины
Регламентированных технических требований к глинам для
производства кирпича не имеется. Для изготовления кирпича пригодны легкоплавкие
глины с большим диапазоном их гранулометрического и химического состава. По
пластичности наиболее пригодны умеренно-пластичные глины с числом пластичности
П=7
15. Малопластичные глины с П<7 плохо формуются. Глины с П>15
трещат в сушке и требуют значительного отощения. Содержание каменистых
включений (размером более 2 мм) не должно превышать 10%. Огневая усадка
кирпичных глин в большинстве случаев не превышает 3%, а интервал спекания - не
более 50
.
При эффективных методах обезвреживания известковых включений
("дутиков") их наличие и содержание в кирпичных глинах может не
ограничиваться, хотя в целом они не желательны. Гарантированное выделение из
глины каменистых включений, в том числе и "дутиков", обеспечивает
шликерное обогащение глины, а их обезвоживание - каскадная обработка глины
вальцами с зазором на последней ступени - 0,5-0,7 мм.
3.2 Добавки
В производстве стеновой керамики в зависимости от природных
свойств глины используют три вида добавок: отощающие - понижающие пластичность,
воздушную и огневую усадку глин; выгорающие и пластифицирующие - повышающие
растяжимость и связующую способность глин. Некоторые добавки оказывают
комбинированное действие, являясь, например, одновременно отощающими и
выгорающими.
Выбор вида добавок и состав формовочной смеси (шихты)
необходимо подбирать с таким расчетом, чтобы она обладала наилучшими структурно-механическими
и сушильными свойствами. В качестве отощающих добавок используют песок, шамот,
дегидратированную глину, гранулированный шлак, золу ТЭС.
Песок. Он должен быть крупнозернистым с зернами
размерами 0,5-2 мм, отсеянным от включений размером более 2 мм. Тонкозернистые
пылевидные пески ухудшают формовочные и сушильные свойства изделий. Лучшим для
отощения является кварцевый песок с модулем крупности 2-2,5. Добавляют песок в
количестве 10-25%. Добавка большого количества снижает прочность и морозостойкость
керамического материала и может являться причиной "разрыхления"
керамического черепка из-за модификационных превращений кварца: изделие в этом
случае лишается звонкости или на нем появляются короткие тонкие волосные
трещины.
Шамотом называют керамический материал, полученный
обжигом глины при температуре, равной температуре обжига изделий из этой же
глины. Он является более эффективным по технологическим свойствам отощителем,
чем кварцевый песок, улучшая одновременно сушильные и обжиговые, а иногда и
формовочные свойства глины. Предельная крупность зерен шамота не должна
превышать 2 мм. Пылевидная фракция вредна.
На заводах обыкновенного глиняного кирпича в качестве шамота
используют порошок, получаемый помолом отходов обожженного кирпича. Однако
практически при хорошо налаженном технологическом процессе количество таких
отходов невелико (2-3%), и поэтому они не оказывают заметного влияния на
свойства шихты. В связи с этим переработку отходов обожженного кирпича в
порошок и возврат его в производство следует рассматривать как операцию,
предназначенную лишь для создания "замкнутого цикла производства",
при котором исключается накопление большого количества отходов, загрязняющих
территорию завода. На заводах лицевого кирпича шамот готовят в специальных
цехах или покупают в виде огнеупорного боя и вводят в количестве до 40%.
Дегидратированной глиной называют глину, обожженную до температуры, при которой она
необратимо теряет химически связанную воду и свойство пластичности. Степень
дегидратации составляет 60-85% и для каждой глины ее подбирают индивидуально.
Практически температура дегидратации равна 700-750. Максимальные размеры зерен порошка должны находиться в пределах
1,5-2 мм, а содержание фракции 0,15 мм может достигать 30-40%. Добавляют ее в
количестве 30-50%. Она, так же как и шамот, является отощителем, резко улучшает
сушильные свойства высокопластичных глин и вешний вид кирпича, повышает его
прочность минимально на одну марку. При введение в шихту дегидратированной
глины температура обжига кирпича должна быть повышена на 30-50.
Отходы керамзитового и аглопоритового производства. Уносы пылеосадительных камер
керамзитообжигательных вращающихся печей и возврат аглопоритового производства
представляют собой глину различной степени дегидратации. Заводы стеновой
керамики, имеющие керамзитовые или аглопоритовые цехи, с успехом используют эти
материалы в качестве отощителей. Максимальная величина зерен 2 мм. Циклонная
пыль не пригодна.
Гранулированный шлак является мелкозернистым материалом, почти не содержит пылевидной
фракции, не требует помола и поэтому является в производственном отношении
очень удобным отощителем. В некоторых случаях он требует лишь просева для
отделения зерен крупнее 2 мм. Экономически его использование наиболее
эффективно кирпичными заводами, расположенными в районах размещения
металлургических комбинатов.
Выгорающие добавки полностью или частично выгорают при обжиге керамических изделий.
В производстве стеновой керамики к таким добавкам относятся древесные опилки,
различные виды каменных углей, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и
лигнин.
Древесные опилки вводят для улучшения сушильных свойств полуфабриката - сырца.
Являясь длинноволокнистым материалом в сравнении с величиной зерен глинистых
частиц, они как бы армируют керамическую массу, повышая ее сопротивление
разрыву, а вместе с тем и трещиностойкость в сушке. В обжиге опилки выгорают,
оставляя в черепке относительно крупные поры, увеличивающие водопоглощение
кирпича и его морозостойкость. При изготовлении кирпича обычно добавляют 8-28%
опилок по объему. Наиболее эффективно повышают трещиностойкость кирпича опилки
продольной резки. Их необходимо просеивать через грохот с отверстиями размером
не более 88 мм.
Антрацит, коксикитощие каменные угли добавляют в глину в количестве 60-80%
расхода топлива на обжиг, что составляет 2-2,5% объема глины. В таких
количествах каменный уголь не оказывает существенного влияния на пористость
кирпича. Основное назначение добавки каменного угля - создать восстановительную
среду в толще обжигаемого материала. Благодаря этому железистые окислы из
окисного состояния переходят в закисные, обладающие большой реакционной
способностью, интенсивно образуют железистые стекла и таким образом
интенсифицируют процесс спекания и упрочнения керамического черепка. В изломе
кирпича, обожженного из глины с добавкой угля, хорошо видна темно-малиновая
уплотненная зона, повышающая прочность кирпича.
Бурые угли
добавляют в глину с той же целью. При их использовании увеличиваются потери с
химическим недожогом вследствие выделения летучих горючих веществ при
температурах, ниже температуры их воспламенения. Но зато выделение тепла и
газов происходит при бурых углях более равномерно и в более широком
температурном интервале, чем при антраците, благодаря чему почти не возникает
опасности пережога кирпича и его обжиг можно вести видов более уверенно и
свободно. Размеры зерен всех видов углей не должны превышать 2 мм.
Отходы углеобогатительных фабрик. Ежегодно от углеобогатительных фабрик
нашей страны поступает в отвалы отходы в виде шлама, влажность которого в отвале
снижается до 10-12%. Зольная часть этих отходов в большинстве случаев является
глинистой с содержанием Al2O3 до 16%, а теплота сгорания отходов достигает 8400 кДж на 1 кг.
Некоторые заводы с успехом используют их в качестве выгорающей добавки вместо углей,
что выгодно экономически и технологически, поскольку обеспечивает более
равномерное распределение горючей массы в обжигаемых изделиях.
Золы ТЭС
также используют в качестве добавок в глину при производстве кирпича. Они
действуют как отощители, а в следствие наличия в них механического недожога
(невыгоревшего коксового остатка) так же, как и выгорающие добавки. Удельная
поверхность золы колеблется в пределах 2000-3000 см2/г. Теплота
сгорания зол ТЭС достигает 12500 кДж/кг. Для добавки в шихту стеновой керамики
необходимо использовать золу с содержанием CaO+MgO не выше 5%, потерями при прокалывании не
менее 20%. Добавляют ее до 15%, а на некоторых заводах до 50%, что позволяет
снизить объемную массу до 1250 кг/м3.
Лигнин - порошковый
тонкодисперсный отход производства древесного спирта. Он действует не только
как выгорающая, но и как пластифицирующая добавка, улучшающая сушильные и
формовочные свойства глиняной массы. Лигнин вводят в количестве 4-15%,
комбинируя с другими выгорающими порошками (опилки, уголь).
Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты и сульфитно-спиртовая
барда.
Высокопластичные глины и бентониты. Назначение этих материалов улучшить
керамические свойства суглинков. Высокопластичные глины содержат более 60% частиц
размером менее 1 мк, что позволяет увеличить растяжимость глины и тем самым
улучшить ее формовочные и сушильные свойства.
Бентониты -
высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием
монтмориллонитовых минералов. Фракция с зернами размером менее 1 мк достигает в
них 85%. Они действуют аналогично высокопластичным глинам, но в более сильной
степени. Бентонит добавляют до 3% по массе абсолютно сухого вещества.
Высокопластичные глины и бентониты вводят в виде шликера с влажностью 40-50%.
Сульфитно-спиртовая барда - отход целлюлозного производства. Ее добавляют к тощим суглинкам
в виде слабо концентрированных растворов в количестве 0,3-0,5% в расчете на
сухое вещество. Способствует более равномерному распределению влаги и твердых
добавок в сырце и снижению сопротивляемости сдвиговым усилиям (снижению
"жесткости") керамической массы. В результате улучшаются сушильные и
формовочные свойства изделий, почти в 3 раза повышается прочность высушенного
сырца и как минимум на марку возрастает прочность обожженных изделий.
Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействия
поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом.
Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала,
закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури - это стекла,
которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета.
Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин,
полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов, оксиды свинца, борная
кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными - в виде
фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция.
Ангоб
готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще необожженные
изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой.
Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.
4. Основы
технологии керамики
Все разнообразие керамических материалов
производится по однотипной схеме, включающей в себя следующие технологические
переделы: добычу сырьевых материалов, подготовку сырьевой массы, формование
изделий, сушку и обжиг.
Однако для получения изделий с различной
структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования:
литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. В зависимости от
метода формования производят ту или иную подготовку сырьевой массы.
Основные изделия строительной керамики -
кирпич и керамические камни, а также некоторые виды керамических плиток,
черепицы и труб производят методом пластического формования. Этот метод
формования наиболее прост и получил наибольшее распространение. Ниже
рассмотрена схема производства керамики с использованием метода пластического
формования на примере производства кирпича.
Производство кирпича
методом пластического формования ведется на хорошо проработанной пластичной массе
с влажностью 15-25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих
40-50% песка.
Подготовка сырья в старину велась
"естественным" образом: глина, добытая в карьере, в течение 1-2 лет
выдерживалась в буртах под открытым небом. Периодическое намокание,
замораживание и оттаивание разрушало природную структуру глины, вымывало из нее
соли (вспомните белые высолы на современном кирпиче). После этого глину обрабатывали
на глинорыхлителях и камнеотделительных валках и доводили до требуемой
пластичности добавлением воды.
В настоящее время глину увлажняют паром и
интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (все это в
какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой
массы без крупных каменистых включений (кусочки СаС03 должны быть удалены или
измельчены в порошок). Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности
проработки сырьевых компонентов.
Увлажненная и тщательно размятая глиняная
масса продавливается винтовым конвейером 8 через решетку 7 в вакуумную камеру
6, где жгуты глины разбиваются вращающимся ножом 5 для удаления воздуха из
глиняной массы. Далее масса винтовым валом 1 подается в конусную головку 2 пресса,
где окончательно уплотняется и продавливается сквозь формующую часть пресса -
мундштук 3. Мундштук придает глиняной ленте, выходящей из пресса, определенную
высоту и ширину. В мундштуке могут быть установлены керны, образующие каналы в
выдавливаемой ленте; так получают пустотелый кирпич и трубы.
Рис. 4. Ленточный вакуумный пресс:
- винтовой вал; 2 - конусная головка; 3 - мундштук; 4 -
глиняный брус; 5 - нож; 6 - вакуумная камера; 7-решетка; 8 - винтовой конвейер.
Глиняная лента нарезается автоматическим
устройством на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого,
так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге)
претерпевает усадку, достигающую в данном случае 10-15%.
Сушка - важный и сложный этап
производства кирпича. Главная трудность сушки массивного кирпича-сырца в том,
что в глине перенос влаги затруднен (глина - водонепроницаемый материал), и
поэтому быстрое высыхание глины с поверхности приводит не к ускорению сушки, а
к растрескиванию кирпича-сырца. Это происходит из-за того, что поверхностный
слой дает усадку при высыхании (до 7-10 %), а влажное ядро препятствует ей.
Простейший способ предохранить кирпич от растрескивания - сушить его медленно,
так, чтобы скорость испарения воды не превышала скорости ее миграции из
внутренних слоев. Но этот путь снижает темпы производства.
Ускорить сушку можно, вводя в сырьевую
смесь вещества, облегчающие миграцию влаги к поверхности (например, опилки),
или путем формования в кирпиче сквозных отверстий. Улучшение условий сушки
пустотелого кирпича - залог более высокого качества материала. При влажности
кирпича-сырца 6-8 % его можно подавать на обжиг.
Обжиг проводят в печах
различной конструкции от самых старых кольцевых, в которые кирпич укладывают и
вынимают вручную, и до современных туннельных и щелевых, где кирпич обжигается
в процессе продвижения его по печи. Температура обжига зависит от состава
сырьевой массы и обычно находится в пределах 950-1000 С. Необходимую
температуру обжига следует строго выдерживать.
Полусухой способ
производства кирпича отличается от пластического тем, что сухая глина измельчается в
порошок и увлажняется на 6-7 %. Из него на специальных прессах поштучно
формуется кирпич-сырец. Такой сырец не требует сушки - его сразу же после
формования можно обжигать. Так как кирпичи полусухого прессования (рис.5, б)
получаются более плотными, в них делают несквозные пустоты (так называемый
пятистенный кирпич). Кирпич полусухого прессования имеет гладкие грани и значительно
меньше дефектов, чем кирпич пластического формования, но в то же время он менее
морозостоек. Относительно небольшой выпуск кирпича полусухого прессования
объясняется сложностью прессов для формования сырца и невысокой их
производительностью.
Рис. 5. Кирпич керамический обыкновенный
пластического (а) и полусухого (б) формования: 1 - постель; 2 - ложок; 3 -
тычок.
Производственные дефекты.
Из-за
слишком быстрой сушки и нагрева при обжиге кирпич деформируется и на его
поверхности появляются трещины. При недостаточной температуре обжига получается
недожженный кирпич (недожог) алого цвета, который не применяют из-за низкой
прочности, водо - и морозостойкости. При слишком высокой температуре обжига
получается пережженный фиолетово-бурый кирпич (пережог - "железняк")
повышенной плотности, с оплавленной поверхностью и искаженной формой. У
керамических изделий встречается скрытый дефект, называемый "дутик",
который может проявиться не сразу, а после того, как кирпич (камень) достаточное
время находился во влажном состоянии.
В этом случае происходят выколы и
разрушение поверхности. В глубине выкола хорошо виден белый порошок или белая
тестообразная масса. Причина таких дефектов - небрежность подготовки сырьевой
массы. Если в исходном сырье встречаются куски известняка или другой
карбонатной породы состава СаС03, то в случае, когда сырьевая масса не
измельчается достаточно тонко, в свежеотформованном изделии могут оказаться
кусочки известняка размером 1-5 мм. При обжиге они превращаются в оксид кальция
(негашеную известь):
керамический отделочный материал глина
СаС03 - " СаО + С02Т. Негашеная
известь при контакте с водой превращается в гидроксид кальция
("гасится") с увеличением в объеме. Это приводит к выколам и
разрушению изделий.
Заключение
Облицовка керамикой - один из самых
экономически эффективных видов отделки фасадов и интерьеров зданий. Хотя
первоначальная стоимость такой облицовки выше многих других видов отделки, но с
учетом очень высокой долговечности керамики, т.е. в пересчете на один год
эксплуатации, керамическая облицовка оказывается выгоднее большинства видов
отделки. К несомненным достоинствам такой облицовки необходимо отнести
архитектурную выразительность. Облицовка керамикой не только придает
декоративность, но и защищает конструкцию от внешних воздействий.
Список
использованной литературы
1. Технология
искусственных пористых заполнителей и керамики. Учебник для вузов / Роговой
М.И. - М., Стройиздат, 1974 - 169 с.
2. http://rudocs.
exdat.com/docs/index-95124.html
. http://www.6yket.ru/proizvodstvo_i_texnologii/texnologiya_proizvodstva_keramicheskix.html