Керамическая черепица

Керамическая черепица

Керамическая черепица

Введение

Малоэтажное строительство - новый тренд на российском рынке недвижимости, набирающий все большую популярность. За последние годы малоэтажное жилищное строительство стало одной из основных отраслей развития строительного рынка, и это касается не только индивидуальных частных построек в населенных пунктах. Застройка происходит как с участием государственных средств, выделенных на развитие инженерной и социальной инфраструктуры в рамках существующих программ, так и с участием внебюджетных средств. Малоэтажная жилищная застройка отличается и высокой скоростью строительства, и использованием новейших технологий. Также одним из факторов стремительных темпов развития данной области является ухудшающаяся экологическая ситуация в крупных городах, отсутствие мест для парковки и прочие транспортные проблемы. Большое внимание при строительстве уделяется используемым материалам. Одним из существенных преимуществ малоэтажного жилищного строительства перед традиционным для России многоэтажным является экологичность: в качестве строительных материалов используется экологически чистое сырье и практически безотходное производство.

В данной работе внимание будет сосредоточено на кровельных материалах. Современная кровля - сложное сооружение, плод технической инженерной мысли нескольких поколений строителей, технологов, материаловедов. За все время существования крыши над головой ее назначение и суть нисколько не изменились; изменились формы, конструкционные приемы строительства и применяемые материалы. С повышением функциональности и комфортности современного жилища повысились требования, предъявляемые к кровле. Ныне крыша является не только ограждающей конструкцией, несущей чисто утилитарную функцию, но и архитектурно-декоративным элементом городской и сельской застройки. Эстетическая составляющая облика жилого строения породила множество видов кровельных материалов.

К высокодолговечным кровельным материалам относится керамическая черепица. Ее родиной является Средиземноморье. Самые древние образцы были обнаружены в деревне Милой, недалеко от г. Аргос, в Греции. Они были созданы примерно за 2300 лет до Рождества Христова. Т.о. черепица известна уже более 4000 лет. На протяжении всего этого времени черепицу ценят за ее непревзойденные качественные характеристики: долговечность, экологичность, красоту. Помимо этого она не горит, не шумит, не поддается коррозии в агрессивных средах. К тому же она отличается своей надежностью и экологичностью, т.к. создается из природных материалов и поэтому не представляет опасности для здоровья и окружающей среды.

1. Керамическая черепица и ее свойства

.1 Общие сведения о керамике, классификация керамических изделий

кровля черепица керамический

Керамика - собирательное название широкой группы искусственных каменных материалов, получаемых формованием из глиняных смесей с минеральными и органическими добавками с последующей сушкой и обжигом. На древнегреческом языке «керамос» означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины.

Керамика - древнейший строительный материал. Археологами обнаружены остатки зданий и сооружений из керамического кирпича в Древнем Египте и Ассирии, датируемые III-I тысячелетиями до нашей эры. Кирпич был известен в Древней Индии и Китае. В Древней Греции керамика применялась для кровель и украшения фасадов. Первый храм Геры в Олимпии (VII в. до н.э.) имел черепичную крышу и украшения из терракоты.

Простота технологии и неисчерпаемая сырьевая база для производства керамических изделий самых разнообразных видов предопределили их широкое и повсеместное распространение. Этому способствовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конструктивных элементах зданий и сооружений.

По назначению керамические изделия делят на следующие виды:

• стеновые (кирпич и керамические камни);
• кровельные (черепица);
• изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые
• плиты, мозаичные плитки и др.);
• изделия для внутренней облицовки стен;
• плитка для полов;
• санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы);
• специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизояционная);
• заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком. В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные.

·Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5% по массе (в среднем 8…20%). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

·Плотными считают изделия, водопоглощение черепка которых менее 5% (обычно 2…4%); эти изделия практически водонепроницаемы. К ним относятся плитки для полов, санитарный фарфор и т.п.

.2 Керамическая черепица, классификация видов и основные характеристики

Керамическая черепица - кровельный материал в виде отдельных пластин одинакового размера, применяемый для устройства скатных кровель. Она обладает массой достоинств: натуральность, разнообразие цветов и форм, надежность и долговечность, непревзойденная красота, низкая теплопроводность, прекрасная устойчивость к неблагоприятным климатическим факторам.

Керамическая черепица может применяться для покрытия кирпичных, каменных, деревянных построек, как при новом строительстве, так и при реконструкции. С ее помощью может быть выполнена кровля на крышах любой формы - обычных двухскатных и самых сложных (вальмовых, щипцовых, шатровых), украшенных всевозможными башенками, шпилями, куполами.

По исходному материалу черепицу можно разделить на:

·Глиняную (керамическую). Имеет натуральные цвета от светло - красного до коричневого.

По способу производства выделяют:

·Штампованную. Производится методом штампования (каждая черепичка штампуется в отдельных формах).

·Ленточную. Проходит в виде единой ленты на транспортере (отсюда и ее название), после чего разрезается на отдельные фрагменты

По форме установки различают:

·Плоскую. Имеет плоскую форму. Самая распространенная ее разновидность - «бобровый хвост» - имеет плоскую закругленную форму. Выпускается без пазов и желобов.

·Пазовую. Имеет «закрои» - пазы и ребра, с помощью которых монтируется. Они образуют замок, чтобы черепицы скреплялись друг с другом.

·Желобчатую. Плитки устанавливаются одна на другу внахлест.

По виду покрытия:

·Без покрытия. Имеет натуральный цвет и фактуру обожженной глины.

·Ангобированная. Матовое натуральное покрытие, придающее глине разнообразные цвета.

·Глазурованная. Стекловидный защитный слой, придающий глянцевый блеск.

По назначению:

·Рядовая. Для покрытия основной части кровли.

·Коньковая. Для ребер и коньков.

·Разжелобочная. Для покрытия разжелобов.

·Концевая. Для замыкания рядов.

·Специального назначения. Для остальных частей крыши.

В приложении 1 наглядно представлены перечисленные виды черепицы.

Основные характеристики керамической черепицы

Долговечность: керамическая черепица является единственным кровельным материалом, который соответствует критериям капитального строительства и отличается высоким сроком эксплуатации - более 80 лет. Даже медь, срок эксплуатации которой 40 - 50 лет, по прошествии этого времени начинает постепенно разрушаться под воздействием коррозии. Об остальных материалах и говорить нечего. Данные слова совсем не голословны: об этом говорят фактические официальные данные, которые предоставляет Брауншвейгский политехнический институт, исследующий и публикующий сроки эксплуатации разных строительных материалов и технологий.

Экологичность: Исходным сырьем для производства керамической черепицы является 100% натуральный материал - глина. Безопасная добыча сырья и использование природного газа для обжига делают экологичными не только продукцию, но и процесс производства.

Простота и надежность в процессе эксплуатации: керамическая черепица - мелкоштучный материал, поэтому ее легко заменить локально, если возникнет необходимость. Даже в случае полного разбора кровли каждую черепицу можно использовать повторно, чем не может похвастаться больше ни одна кровельная система.

Пожаробезопасность: черепица относится к классу негорючих материалов (НГ). Глину обжигают при очень высоких температурах (не менее 1080°С), и она становится керамикой, поэтому гореть в ней просто нечему. Битумная черепица, к примеру, поддерживает горение и относится к классу Г4.

Звукоизоляция: Черепица обладает хорошими звукоизоляционными свойствами. Это очень просто проверить: из лейки полейте черепицу и металлический лист - разница будет сразу ощутима. Т.о. черепица не пропустит в дом звуки падающих капель дождя, градин и т.п.

Минимальная парусность: нужен поистине неистовый шторм, чтобы сорвать увесистую и маленькую черепицу c кровли.

Низкая теплопроводность: керамическая черепица остывает и нагревается медленно, благодаря чему помещение зимой - теплое, а летом - прохладное.

Водостойкость: керамическая черепица абсолютно нечувствительна к воде и не подвержена коррозии.

Прочность и морозостойкость: обычно плитки имеют небольшой размер. Их длины не превышает 500 мм. Керамика имеет достаточно большую массу: одна пластинка весит 3 - 5 кг, а вес на 1м2 может достигать 50 кг. Такая крыша требует очень мощного строения под собой. Керамическая черепица может выдержать даже 1000 циклов заморозки-разморозки без своего разрушения. Производить монтажные работы и эксплуатировать кровлю можно при любой температуре. Прочность на изгиб показывает, какую нагрузку может выдержать материал, пока не сломается. У керамики он составляет не менее 250 кгс. Водопоглощение - это отношение массы воды, впитавшейся во влажных условиях, к массе сухого материала. Чем этот показатель меньше, тем лучше морозостокойсть и прочность. У такой черепицы он составляет не более 0,5%.

Эстетическая составляющая: В большинстве своем современные кровельные материалы подражают различным профилям именно натуральной керамической черепицы, т.е. фактически пытаются стать материалами-заменителями черепицы. Однако повторить разнообразие форм и богатство цветовой гаммы керамической черепицы не может ни один другой материал. Керамическая черепица не теряет своего первоначального вида спустя очень долгий период времени, нечувствительна к влиянию гнили, микроорганизмов, насекомых. Она, конечно же, может стать грязной, но обычная вода из шланга вернет ей прежний блеск и красоту. Такие свойства обусловлены ее инертностью к химическим воздействиям и устойчивостью к ультрафиолету.

2. Производство керамической черепицы

.1 Характеристика сырьевых материалов

Основным материалом для производства керамической черепицы является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.

Добывают сырье в карьерах экскаваторами, вывозят глину из карьера автосамосвалами, вагонетками и конвейерами (при небольшой удаленности карьера). Непластичные материалы обычно поступают с карьеров необработанными и необогащенными.

Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005 - 0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16 - 2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные и непластичные. Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80 - 90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28%, воздушную усадку 10 - 15%. Средне- и умереннопластичные глины имеют в своем составе 30 - 60% глинистых частиц, число пластичности 15 - 25, водопотребность 20 - 28% и воздушную усадку 7 - 10%. Малопластичные глины имеют в своем составе от 5 до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7 - 15 и воздушную усадку 5 - 7%. Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными», отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют «отощающие» добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10 - 15% - «тощие» глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O, монтмориллонита Al2O3·4SiO2·4H2O, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, они малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривлений изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержание в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85 - 90%. Образцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.

Добавочные вещества вводят в глину (смеси) с целью:

повышения ее пластичности, что важно при формировании изделий. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества (пластифицирующие добавки);

для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств. К ним относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит (порообразующие добавки);

для снижения температуры обжига изделий. К ним относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит (легкоплавкие добавки, или плавни);

для повышения кислотостойкости керамических изделий (песчаные смеси);

для придания плиткам необходимого цвета вводят хромистое железо, оксид кобальта и др. элементы (красители).

Таким образом, для производства керамической черепицы используются высокопластичные «жирные» глины (с содержанием глинистых веществ более 60%) с добавлением в качестве отощающей добавки кварцевого песка для предотвращения появления в изделиях трещин. В таблице 2 (см. Приложение 2) представлены исходные сырьевые данные для производства керамической черепицы.

.2 Технология изготовления керамической черепицы

Черепица выпускается в широком ассортименте на современных высокопроизводительных заводах, оснащенных автоматизированным оборудованием. Введение в эксплуатацию новых заводов с эффективным оборудованием позволило снизить стоимость керамической черепицы и приблизить ее к стоимости цементно-песчаной черепицы.

В процессе производства к ней предъявляются следующие требования: она должна быть правильной формы с гладкими поверхностями и ровными краями, без отбитостей и трещин. Допускаются искривления поверхности и ребер черепицы не более чем на 3 мм; отбитие или смятие шипов допускается не более 1/3 высоты шипа; отклонения линейных размеров по длине должны составлять не более чем 5 мм, по ширине - не более 3 мм. Исключение составляет пазовая штампованная черепица. Цвет черепицы должен быть однотонным, а структура черепицы в изломе однорядной.

Изготавливается черепица в несколько этапов.

Первым этапом является подготовка сырьевых материалов. Она состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, измельчения и просеивания непластичных материалов и отделения от них железосодержащих и других вредных примесей, смешивания глины с добавками и увлажнения.

Подготовку керамической массы осуществляют полусухим, сухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами.

Полусухой способ применяют, если шихта содержит большое количество отощающих материалов, а пластичное сырье трудно поддается размоканию, переработке и смешиванию с непластичными материалами. Формовочную массу приготавливают в виде пресс-порошка влажностью 8 - 12%. Формуют изделия в гидравлических или механических прессах с давлением штампа 19,5 - 29,5 МПа. Отпрессованный сырец поступает на обжиг в кольцевую или туннельную печь.

Сухой способ отличается от полусухого тем, что пресс-порошок имеет влажность 2 - 6%, полностью исключается сушка сырца.

Пластический способ заключается в том, что исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических материалов является наиболее простым и поэтому наиболее распространенным. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умереннопластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу. Подготовленную массу подают для формирования в горизонтальный вакуумный или обычный безвакуумный ленточный пресс. Перед обжигом сырец сушат до влажности 5 - 7%, после обжигают в печах.

Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления изделий сложной формы методом литья. Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 60%. Изделия изготовляют методом литья в гипсовых формах из шликера (однородная масса, полученная в результате подготовки сырья) влажностью 30 - 34% с последующей их сушкой и обжигом.

На втором этапе происходит придание формы получившемуся составу. Он может осуществляться двумя методами:

Штампование. Смесь заливается в формы и проходит штамповку. Отсюда и название черепицы, полученной таким способом - штампованная.

На этих же этапах состав может покрываться стеклянной смесью для глазурования или смешиваться с минеральными добавками для ангобирования. Глазурованные изделия имеют меньшие водопоглощение и водопроницаемость, имеют большую долговечность. Глазури приготовляют из каолина, кварца, мела или мрамора, доломита, глины, полевых шпатов, углекислого бария, свинца и др. Для окрашивания глазурей применяют оксиды металлов, силикаты, шпинели, бораты и др. Наносят глазури на высушенные или обожженные изделия разными способами - пульверизацией, окунанием изделий в глазурную суспензию, поливкой изделий этой суспензией, путем припудривания поверхностей сухим составом глазури и др. После нанесения глазури изделие обжигают.

Третий этап - обжиг, производится по специальному режиму: прогрев сырца, собственно обжиг (осуществляется в кольцевых и туннельных печах) при температуре 1000°C и охлаждение готового изделия.

Заключение

В работе были рассмотрены преимущества керамической черепицы перед другими кровельными материалами, характеристика сырьевых материалов, применяемых для ее производства и технология ее изготовления.

По сравнению с другими видами кровельных материалов керамическая черепица имеет следующие преимущества: она огнестойка, долговечна и расходы по уходу за ней незначительны. Керамическая черепица характеризуется высокой прочностью, огне- и морозостойкостью, водонепроницаемостью, цветостойкостью. Изделия отличаются высоким качеством и могут применяться в различных климатических условиях. Кроме того, запасы дешевого сырья (глины) для ее изготовления практически неограничены. Керамическая черепица различных видов относится к традиционным кровельным материалам и находит применение в строительстве многих стран.

Хотя есть и обратная сторона медали: помимо ряда очевидных преимуществ, существуют некоторые недостатки. К ним можно отнести высокую энергоемкость производства керамической черепицы, а также трудоемкость устройства черепичных кровель. Однако высокая долговечность черепицы и небольшие эксплуатационные расходы обусловливают ее конкурентноспособность по сравнению с другими кровельными материалами.

В настоящее время в связи с появлением новых технологий, керамическая черепица, сохранив все свои проверенные веками достоинства и обретя дополнительные свойства, является современным и конкурентоспособным кровельным материалом. Таким образом, керамическая черепица остается востребованным на рынке кровельным материалом, особенно для малоэтажного жилищного строительства.