🗊Презентация Керамические материалы и изделия

Лекция 5. Керамические материалы и изделия 5.1. Общие сведения Наряду с природными 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.

5.2. Классификация керамических материалов I. По назначению: стеновые (кирпич обыкновенный, кирпич и 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

для внутренней отделки (плитка для стен и полов) (рис. 5.4.); а. б. Рис. 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

заполнители для легких бетонов (керамзит) (5.7.).; а. б. рис. Рис. 5.7. а – 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

огнестойкие материалы (кирпич) (рис. 5.10.); а. б. Рис. 5.10. Огнестойкие материалы из керамического 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

полусухим способом (влажность сырья 8…12 %); Рис. 5.13. Полусухой способ формования 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.).

5.3. Сырье для изготовления керамики Сырьем для изготовления керамических материалов являются 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.

5.3.1. Добавки к глинам, глазури и ангобы Для повышения технологических свойств 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

5.3.2. Свойства глины Глинистое сырье для керамических материалов характеризуется: 1). Гранулометрическим составом 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.

5.4. Общая технологическая схема изготовления керамических изделий Несмотря на широкий ассортимент 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.

5.4.2. Полусухой способ формования При полусухом способе формования изготовления глину сначала 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.

Туннельная и кольцевая обжиговые печи а. б. Рис. 5.15. а – туннельная печь 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

5.4. Стеновые материалы и изделия 5.4.1. Кирпич и керамические камни. Применяют: для 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.

5.4.2. Изделия для внешних и внутренних облицовочных работ Изделия для облицовки 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.