Лекция 5. Керамические материалы и изделия 5.1. Общие сведения

каменными материалами в строительстве широкое распространение приобрели штучные каменные искусственные

материалы, одним из которых является строительная керамика.
К строительной керамике относятся штучные материалы, полученные из минерального сырья, главным компонентом которых является глина. Керамику получают путем следующих основных этапов:
карьерные работы;
подготовка формовочной массы;
формования сырца;
сушки;
обжиг изделий при высоких температурах.
Это древнейший из всех штучных каменных материалов. Например, керамический кирпич появился более 5000 лет назад. Эстетические и технические достоинства строительной и отделочной керамики в полной мере проявились во многих грандиозных градостроительных комплексах (рис. 5.1.).









а. б. в.

Рис. 5.1. а – крупнейшая крепость крестоносцев в Европе из керамического кирпича в г. Мальборк, Польша; б – Московский кремль; в – один из семи чудес света «висячие сады» Семирамиды.

камень эффективный и пористый) (рис.5.2.);




а. б. в.
Рис. 5.2. а – кирпич обыкновенный;

б – эффективный; в – применение кирпича в кладке наружных стен
для наружной отделки (кирпич лицевой, плитка фасадная) (рис. 5.3.);




а. б.
Рис. 5.3. а – кирпич лицевой; б – плитка фасадная

5.4. а – плитка керамическая для внутренних отделочных работ; б

– применение
кровельная (черепица);



а. б.
Рис. 5.5. а – керамическая кровельная черепица; б – применение
трубы (дренажные и канализационные);


а. б.
Рис. 5.6. а – трубы керамические канализационные; б – дренажные

керамзит; б – производство керамзита
санитарно-технические изделия (ванные, умывальники и т.д.)

(5.8.);





а. б.
Рис. 5.8. а, б – санитарно-технические керамические изделия
кислотоупорные (трубы, кирпич, плитка) (рис. 5.9.);




а. б. в.
Рис. 5.9. Кислотоупорные керамические изделия: а – кирпич; б – плитка; в – трубы

кирпича: а – кирпич эффективный; б -применение
дорожный кирпич (рис. 5.11).


Рис.

5.11. Дорожный керамический кирпич
II. По способу производства:
1. Изделия пластического формования:
пластическим способом (влажность сырья 20…25 %) (Рис. 5.12);






а б

Рис. 5.12. а – сырьевая масса; б – цех по производству керамического кирпича пластическим способом

керамического кирпича
мокрым (литьевым шликерным) способом (влажность сырья 45…60 %).
III. По структуре

черепка:
пористые (не обжиговые), которые поглощают более чем 5 % воды по массе (стеновые, кровельные, облицовочные материалы и др.);
сплошные (обжиговые), которые поглощают не менее, чем 5 % воды по массе (плитка для пола, дорожный кирпич и т.д.).

разнообразные глиняные горные породы (глины). Глины образовались вследствие выветривания изверженных

горных пород. Глины – это природные водные алюмосиликаты, способные при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходят в камнеподобное состояние.
Наиболее часто глины состоят при преобладающем количестве минерала каолинита и подобных ему минералов. В глинах могут быть примеси карбонатов, оксидов железа, кварца, известняка и др., которые существенно влияют на свойства керамических материалов. Например, цвет зависит от наличия в глине оксидов железа; железная руда снижает температуру плавления и др.

глин и придания изделиям надежных физико-механических свойств вводят специальные добавки:
отощающие

– которые снижают пластичность и уменьшают воздушную и тепловую усадку (зола ТЭЦ, песок и т.д.);
плавящие – которые снижают пластичность и спекание глины (полевой шпат, железная руда и т.д.);
порообразующие – увеличивают пористость и уменьшают массу керамических изделий (выгорающие добавки);
пластифицирующие – которые способствуют увеличению пластичности глиняной массы и улучшению формуемости изделий (высоко пластичные глины, ПАВ и т.д.).
Для улучшения декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхностный слой керамических изделий покрывают:
глазурью – легкоплавкие, прозрачные и непрозрачные стекла, окрашенные и неокрашенные. Основные компоненты глазури – кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов, оксиды. Глазурь в виде шликера наносят на поверхность изделия и обжигают в печах до расплавления;
ангобом – белая или цветная глина, нанесенная на поверхность изделия тонким слоем в виде шликера и выпаренная. Ангоб не плавится и покрытая им поверхность выглядит матовой.












а. б.
Рис. 5.14. А – глазурь; б - ангоб

глины – это мельчайшие минеральные частицы (глиности) размером до 0,005 мм;

частичками пыли до 0,16 мм; зерна кварца, слюды и других минералов размером до 0,16…5,0 мм.
2). Пластичность глины – способность во влажном состоянии вследствие внешнего воздействия набирать любые формы без образования разрывов и трещин, сохраняя такую форму при последующей сушке и обжиге. Физически показателем пластичности называют число пластичности :

, (5.1)

где - влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в текучее, называемое нижней границей текучести;
- влажность, при которой глина переходит из пластичного состояния в хрупкое, называемое границей раскатывания.
По пластичности глины разделяют:
высокопластичные ;
среднепластичные ;
умереннопластичные ;
малопластичные ;
пластичные.
3). Усадка – называется изменение линейных размеров и объема образца в процессе сушки (воздушная усадка 2÷12 %) и обжиговая (2÷8 %). Полная усадка соответственно есть сумма данных усадок и находится в пределах
4). По огнестойкости глинистое сырье разделяют на классы:
«О» - огнестойкие с показателем огнестойкости «Т» - тугоплавкие , «Л» - легкоплавкие ,
5). Характерным свойством является их способность переходить в камнеподобное состояние. Этот процесс необратим и обжиг керамических изделий заканчивается при При дальнейшем повышении температуры глина деформируется, плавится.

керамических изделий, основные этапы изготовления этих изделий одинаковые:
добыча сырьевых компонентов

в карьере;
подготовка сырьевой массы (дробление, помол, добавки, увлажнение);
формование изделий (сырец);
сушка;
обжиг;
складирование.
Переработку сырьевой массы и формовку изделий в соответствии со свойствами исходного сырья и вида конечных изделий выполняют способами:
пластичным;
полусухим;
шликерным (мокрым).

5.4.1. Пластичный способ формовки
Используя пластический способ формовки изделий, глину измельчают на вальцах грубого и тонкого помола, а также подвергают переработке в бегунах. После дробления глину подают в глиносмеситель, где она перемешивается с добавками до однородной пластической массы и увлажнения до влажности 20÷20 %. Такой способ предусматривает формовку изделий на ленточных прессах. Глиняный брус, который выходит из-под пресса, разрезают автоматическим резальным аппаратом на изделия заданного размера. Пластичным формованием изготавливают обычный и эффективный кирпич, камни, керамические трубы.

дробят и сушат до влажности 6÷8 %, затем дополнительно повторно дробят

в дезинтеграторах, просеивают, увлажняют полученный порошок паром до влажности 8÷12 % и тщательно перемешивают в глиносмесителе. Подготовленную массу прессуют на гидравлических прессах при давлении 15÷40 МПа. Полусухой способ экономичнее пластического, поскольку не требуется сушки изделий. Но кирпич полусухого прессования имеет меньшую морозостойкость.
5.4.3. Мокрый (шликерный) способ формования
Суть способа состоит в том, что исходные материалы дробят совместно с водой в шаровой мельнице при влажности 45÷60 % до получения однородной массы – шликера. Изделия получают методом литья или полусухим прессованием (облицовочные плитки, плитки для пола, тонкая керамика).
5.4.4. Сушка и обжиг керамических материалов
Обязательной промежуточной операцией технологического процесса изготовления керамических изделий является сушка, которую производят в туннельных сушках беспрерывного действия до влажности для предотвращения неравномерной усадки и растрескивания при обжиге.
Сырец на вагонетках движется по туннелю навстречу потока горячего воздуха или дымовых газов (16÷36 часов).
Обжиг керамических изделий осуществляют в туннельных и кольцевых печах с автоматическим управлением (рис. 5.15.). Максимальная температура обжига кирпича и других стеновых керамических изделий 950÷10000С, которая необходима для спекания керамической массы. Туннельная печь – длинный канал, в котором вагонетки с изделиями проходят три зоны: подогрева, обжига, охлаждения.

Гипрострома (Киев): а). – зона подогрева; б – зона взвара

(1 – кладка печи; 2 – воздухопровод; 3 – газопровод); в – схема тепловых зон; б – схема работы (а); и разрез (б) кольцевой печи: 1 – дымовые очелки; 2 – дымовой конус; 3 - дымовой канал; 4 – ходок; 5 – рассыпной строй; 6 – клапан рассыпного строя; 7 – штанга; 8 – топливные трубы

возведения внутренних и наружных стен, а также для изготовления стеновых

панелей.







Кирпич может быть полнотелым или эффективным, а камни – только полнотелые.
По внешнему виду и размерам кирпич и камень должен удовлетворять требованиям ГОСТ. Не до обжиг или пере обжиг не допускается. Полнотелый кирпич должен иметь водопоглощение , эффективный .
По средней плотности в сухом состоянии кирпич и камень делят на три группы:
эффективные, которые улучшают теплотехнические свойства стен ;
условно-эффективные ;

обычный кирпич .

Обычный кирпич делят на марки в соответствии с пределом прочности на сжатие:
М75, 100, 125, 150, 175, 200, 250. 300. Теплопроводность кирпича ,

морозостойкость – F15, 25, 35, 50. Средняя плотность .
2. Сборные изделия из кирпича и керамического камня – изготавливаются в виде керамических стеновых панелей и блоков для наружных стен на заводах, которые позволяют сделать кирпич более индустриальным.

фасадов:

лицевой кирпич и камень изготавливают методом пластического формования или полусухого

прессования с нанесением фактурного слоя или без него, имеет две лицевые поверхности – ложковую и тычковую;
двухслойный кирпич формуется из местных красных глин и только лицевой слой (3…5 мм) из белообжиговых глин;
глазурованный кирпич – лицевая поверхность покрыта глазурью;
ангобованный кирпич – лицевая поверхность покрыта ангобом;
коврово-мозаичные плитки – для отделки внутренних и внешних стен жилых и гражданских зданий.

2. Плитка для внутренней облицовки.

В соответствии с применяемым сырьем их разделяют на два вида:
майолика (легкоплавкие глины +20 % мела + глазурь);
фаянсовые (огнестойкие глины + кварцевый песок + плавкие добавки + глазурь).
Для внутренней облицовки применяют плитки: . Толщина плитки не должна превышать 6 мм, водопогрлощение – 16 %. К качеству плитки предъявляются высокие требования – правильная геометрическая форма, четкие грани и углы, термическая стойкость и т.д.
3. Плитка для пола

Керамические плитки для пола могут быть глазурованными и не глазурованными, с гладкой и рифленой поверхностью и должны иметь правильную форму с размером 50…150 мм, толщиной 10…13 мм. Их изготавливают из тугоплавких или огнестойких глин с красящими добавками или без них. Плитки должны иметь высокую прочность, водопоглощение до 5 %, повышенное сопротивление стиранию.