Керамических материалов. Краткие исторические сведения

Краткие исторические сведения. Наряду с древесиной и природным камнем, керамические материалы применялись еще в глубокой древности. Известно, что за 12 тыс. лет до н.э. в Древнем Египте возводились глинобитные сооружения из сырцового кирпича (без специальной тепловой обработки, чему способствовал сухой климат) и изготовлялись керамические изделия для облицовки (ХХVІІІ в. до н.э.). В Месопотамии, в долине рек Тигра и Евфрата, самым распространенным материалом в архитектуре был керамический кирпич, который широко использовался при строительстве дворцов, каналов, мостов и культовых сооружений – зиккуратов. Так, на строительство знаменитой Вавилонской башни высотой 90 м было израсходовано не менее 40 млн. шт. кирпича. Приемы украшения фасадов зданий керамическим кирпичом с глазурованной лицевой поверхностью и другими керамическими изделиями (ХХІІ – ХХІ вв. до н.э.) оказали впоследствии большое влияние на искусство зодчих Востока. В Древней Индии также широко применялись керамические материалы. Археологические раскопки в Пенджабе показали, что за 3 тыс. лет до н.э. строились двух- и трехэтажные здания из керамического кирпича. Еще в период неолита в Древнем Китае изготовлялись керамические изделия. К шедеврам древней культуры (4-3-е тыс. лет до н.э.) относятся найденные в раскопках расписные керамические сосуды. Всемирно известным памятником середины 1-го тысячелетия до н.э. является Великая Китайская стена, построенная из керамического кирпича и камня с засыпкой землей. Длина стены со всеми ответвлениями 4247 км, высота до 10 м, ширина от 5 до 8 м. Облицовка некоторых секций состоит из трех – четырех плотных слоев кирпича. Зодчие Древней Греции высоко ценили керамические изделия, в том числе терракотовые (VІ – ІІІ вв. до н.э.). Достижения архитектуры Древнего Рима во многом связаны и с керамическими материалами. Изобретение и широкое применение искусственного камня – бетона не привело к отказу от использования керамического кирпича, например, при строительстве Колизея, Пантеона и других известных сооружений. Архитектура зданий из керамического кирпича, созданная на основе античных традиций, приобрела ведущую роль в Византии – наследнице Восточной Римской империи (образовалась в 395 г.). Известные памятники архитектуры Среднего Востока, в том числе эпохи правления Тимура (ХІV – ХV вв.), возведены из керамических материалов. Монументальные культовые сооружения Самарканда, Бухары и других городов (мечеть Биби-Ханым, ансамбль Шахи-Зинда, мавзолей Туман-Ака, усыпальница Гур-Эмир и др.) до сих пор поражают воображение богатством цветового орнамента. Ведущее место керамические кирпич и черепица заняли в строительстве эпохи Возрождения, их использовали при возведении стен, сводов, сферических куполов большинства флорентийских и сиенских дворцов. На протяжении многих сотен лет керамические материалы широко применяли и в Древней Руси. В то время, когда в странах Западной Европы изготовляли лишь двухцветные керамические плитки, в великокняжеских мастерских Киева уже с Х в. получали многоцветные плитки для облицовки стен и пола. В одном из выдающихся памятников древнерусского зодчества – соборе в центре Новгородского Кремля (1045г.) – из керамического кирпича выложены арки, порталы, оконные проемы. Полоцкие и смоленские мастера с Х в. использовали керамический кирпич для возведения цилиндрических сводов в церквах. При строительстве многочисленных церквей на Севере и во Владимире, Духовской церкви (1476 – 1477 гг.) в Троице-Сергиевском монастыре, Благовещенского храма в Московском Кремле (1484 – 1489 гг.), церкви Вознесения в Коломенском под Москвой (1532 г.), церкви Иоанна Предтечи в с. Дьякове (1547 г.) и многих других выдающихся памятников архитектуры русские зодчие широко и умело применяли керамические материалы. Бесконечное разнообразие форм Покровского собора (храма Василия Блаженного, 1555 – 1560 гг.) на Красной площади в Москве связано с применением 18 типоразмеров керамических кирпичей, в том числе лицевых профильных. В русской каменной архитектуре такой кирпич применялся с ХV в. не только в уникальных сооружениях, но и во многих жилых зданиях Москвы и Ярославля, а также в Белозерском монастыре под Вологдой, который отличается уникальной старорусской узорно-рельефной кирпичной кладкой.

Основы производства. Сырье. Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является глина - осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями. Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью, способное в процессе обжига образовывать прочный искусственный камень.

Технология производства керамических материалов в большей мере связана с характеристиками используемых глин Воздушная линейная усадка глин для производства архитектурной терракоты не должна превышать 5%, общая – 8,5%; содержание растворимых солей не должно быть выше 1,2%. Глиняные массы содержат кроме глины различные добавки, оказывающие влияние на свойства керамического материала. Отощающие добавки (шамот, дегидратированная глина, песок, зола, гранулированный шлак) вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. Порообразующие добавки вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа. В процессе производства используют также добавки для повышения дисперсности, пластичности и связности глиняных масс, так как осуществлять «вылеживание» глин в современных условиях (высокие температуры, ограниченные производственные площади) весьма сложно.

Основы технологии. Основные технологические переделы при получении керамических материалов: подготовка сырья, дозировка, перемешивание, формование, сушка, обжиг.

Выделяют три способа формования керамических масс: пластический, полусухой, литье. Способ полусухого формования предполагает использование керамических пресс-порошков с влажностью 8-10%, которые уплотняются при давлении 15-40 МПа в специальных формах. Способ литья применяют обычно при получении сравнительно тонких керамических материалов (мозаичных плиток толщиной 2 мм и др.). Жидкая керамическая масса (шликер) поступает в специальные поддоны на автоматизированной конвейерной линии. Цель процесса сушки – снизить усадочные деформации и предотвратить возможное растрескивание материала при последующем обжиге. Наиболее распространены конвективный и радиационный способы сушки. При конвективной сушке теплоноситель (дымовые газы, горячий воздух) омывает изделия и передает им теплоту; при радиационной – изделия воспринимают теплоту от нагретых поверхностей. На заводах для сушки изделий используют туннельные и камерные сушилки. В процессе обжига образуется структура керамического материала, определяющая его свойства, в том числе прочность. Возможные дефекты при обжиге необратимы. Например, при отклонении от оптимальной для данного материала температуры обжига может быть пережог. При пережоге происходят потеря формы, оплавление поверхности. При недожоге ухудшаются основные показатели эксплуатационно-технических свойств.

Обработка лицевой поверхности керамических материалов связана с их видом и проводится различными технологическими способами, среди которых выделяют: механическую обработку, ангобирование, глазурование, сериографию, шелкографию. Механическая обработка предполагает использование специальных приспособлений, позволяющих получать рельефный рисунок в процессе формования материала или после него. Ангобирование – нанесение механическим способом на лицевую поверхность белых или цветных жидких глиняных масс толщиной 0,25-0,4 мм. Ангобы разделяют на глинопесчанистые, флюсные и «античные лаки». Глинопесчанистые ангобы содержат обычно глину, песок и иногда в небольших количествах мел. В состав флюсных ангобов, кроме глины и песка, вводят различные вещества, которые снижают температуру обжига, способствуют уплотнению и спеканию. «Античные лаки» отличаются от глинопесчанистых добавкой красящих оксидов. Ангобные покрытия должны быть однотонны, морозостойки (не менее 25 циклов), на них не должно быть волосяных трещин (цека), отколов, вздутий, натеков. Глазурование – покрытие различными способами слоем жидкой глазури толщиной 0,15-0,3 мм. Глазури, состоящие из кварца, полевого шпата, каолина и других компонентов, образуют после обжига стекловидный слой, отличающийся блеском. Реже применяют глазури, позволяющие получать матовую фактуру – со слабым блеском. При глазуровании стекловидная пленка может образоваться в результате стеклообразования на самом изделии (при политом обжиге) из исходных тонкоизмельченных составных частей глазури или в результате сплавления частиц стекла, ранее сваренного и затем размолотого в порошок для удобства нанесения на лицевую поверхность. В первом случае получают нефриттованную, а во втором – фриттованную глазурь. Способ сериографии предполагает изготовление по фотоснимку рисунка сетки-трафарета, с помощью которой красящий состав наносят на материал, затем изделие глазуруют и обжигают. Шелкография – нанесение орнаментированного рельефа глубиной до 1 мм при прессовании материала металлическим штампом с рисунком. Рельефный рисунок может быть получен также при пульверизации глазури на металлический трафарет, который устанавливают на высушенный материал.

Литература: [1], с. 101-122; [2], с. 194-203; [10], с. 191, 224.

Дата добавления: 2014-12-08