Керамические материалы

Керамические строительные материалы получают в процессе технологической переработки минерального сырья (в основном глинистого), способного при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает прочностью, а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

По назначению керамические изделия делят на следующие группы:

- стеновые материалы и изделия – кирпич и камень керамический пластического и полусухого прессования, полнотелые или пустотелые;

- кирпич для дымовых труб, кирпич лекальный, камни для канализационных сооружений;

- кирпич и камни лицевые для облицовки фасадов зданий;

- плитки для облицовки стен, полов и других изделия для внутренней облицовки зданий;

- кислотоупорный кирпич;

- огнеупорный кирпич;

- пористые заполнители – гравий и песок из керамзита.

По структуре черепка, образующегося после обжига, керамические материалы разделяют на 2 группы:

- пористые, у которых черепок в изломе тусклого землистого вида, легко впитывает воду, пористость его > 5%. Это такие керамические изделия, как кирпич, пустотелые камни, черепица и другие;

- плотные (спекшиеся) – белые или равномерно окрашенные, имеют спекшийся в изломе блестящий раковистый черепок, пористость которого ≤ 5%; они не пропускают жидкости и газы. Это плитки для полов, кислотостойкий кирпич и другие.

По качеству сырья керамические материалы и изделия делятся на грубые, тонкие и огнеупорные.

Сырьевые материалы

Основное сырьё для производства керамических изделий – глина – земляная горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов: калинита (Al₂O₃*2SiO₂*2H₂O), галлуазита (Al₂O₃ *2SiO₂*4H₂O), монтмориллонита (Al₂O₃ *4SiO₂*4H₂O), а также примесей частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд, гидратов окиси железа, алюминия, карбонатов магния, кальция и других.

В зависимости от содержания глинистых минералов глины делятся: на жирные – более 60%, обычные – 30-60%, тяжелые суглинки – 20-30%, средние и легкие суглинки - < 20%.

По пластичности глинистые материалы подразделяются по числу пластичности: на высоко-пластичные - < 25, среднепластичные – 15-25; умеренно-пластичные – 7-15, мало-пластичные – 3-7.

Вода при приготовлении сырьевой массы придает ей пластичность, но при удалении её при сушке и обжиге вызывает явление воздушной и огневой усадки. Усадочные деформации является причиной возникновения в изделиях внутренних напряжений, что влияет на их качественные показатели.

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, для предотвращения трещин в пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие добавки (они также увеличивают скорость обжига).

В качестве отощителей используют: шамот, кварцевый песок, тальк, золы ТЭС и гранулированные шлаки.

Шамот- обожженная до спекания огнеупорная глина, подвергнутая затем измельчению до определённой дисперсности.

Для понижения tº спекания в состав сырьевой массы вводят плавни. К плавням относятся полевые шпаты, пегматит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, стеклобой, перлит, мел и т.д.

Принцип производства

После добычи сырья глинистые материалы выдерживают до 2 лет. За это время разлагаются органические остатки под действием атмосферных факторов и предварительной обработки (рыхление, камнеудаление), и масса становится однородной по гранулометрическому и минеральному составу (здесь работают камневыделительные машины, вальцы мельницы, дозаторы добавок и воды, глиномешалки). Однородная масса пригодна для формования изделий.

Формование изделий

Это одна из важнейших операций. Способы изготовления определяется формовочными свойствами сырьевой массы и пластичностью. Пластичность зависит от количества воды в массе. В зависимости от влажности формовочной массы способы формования делятся на сухой, полусухой, пластический и литьевой (шликерный).

При сухом способе масса имеет влажность 2-6%. При такой влажности не- обходимо использовать мощный гидравлический или механический пресс с давлением > 40 МПа. Таким способом изготавливают плотные керамические изделия: плитку для полов, некоторые виды кирпича, изделия из фаянса и фарфора.

Полусухой способ предусматривает смесь с влажностью 8-12%. Этим способом изготавливается кирпич, фасонные изделия, плитка.

Самый распространенный и экономичный способ пластического формования при влажности массы- 18-24%. Основной механизм – ленточный пресс. Уплотненная масса через мундштук выходит в виде непрерывного глиняного бруса необходимых геометрических размеров. Форма мундштука определяет вид изделия: кирпич, камень, плитка, черепица, трубы и т.д., после формования брус разрезается на изделия необходимых размеров.

Литьевым способом изготавливают изделия сложной геометрической формы: сантехнические изделия, декоративные изделия, плитку для внутренней отделки помещений. Влажность массы при этом способе – 40-60%. Подготовленная масса выливается в гипсовые формы. Гипсовая форма впитывает часть воды в пристеночных слоях. Постепенно достигается необходимая толщина уплотненного слоя. Избыток смеси удаляется.

Сушка и обжиг изделий

В зависимости от способа изготовления влажность смесей колеблется в больших пределах – от 2 до 60%. Из-за удаления воды могут появляться усадочные деформации, то есть возникают внутренние напряжения. При жестких режимах сушки внутренние напряжения могут являться причиной искривлений, появлений трещин, что снижает качество изделий. Сушку производят до остаточной влажности 4-6% в туннельных или камерных сушилках при температуре 120-150º.

Обжиг – наиболее ответственная операция.

Высушенные изделия на обжиговых вагонетках передвигаются по туннелям и постепенно нагреваются до температуры спекания в зоне сгорания топлива при температуре – 450-600ºС, затем медленно охлаждаются встречным потоком воздуха.

Переход пластичной глиняной массы в камневидное состояние – сложный физико-химический процесс. При сушке удаляется физически связанная вода, при дальнейшем нагревании глинистые вещества теряют свои пластические свойства. Дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению кристаллической решетки алюмосиликатов и распаду их на отдельные окислы Al₂O₃ и SiO₂. Дальнейшее повышение температуры до 1000ºС и выше образует новые минералы: силлиманиты и муллиты.

Плавни, как легкоплавкие добавки, обеспечивают получение небольшого количества расплава, который скрепляет отдельные частицы, завершая формование керамического черепка. Образование расплава сопровождается сближением частиц за счет сил поверхностного натяжения и уменьшения размеров изделий на 2-6% - это называется огневой усадкой. Вся суммарная усадка керамических изделий может достигать 5-15%.

Виды керамических изделий

Керамические камни и кирпич (ГОСТ530-80) применяют для кладки наружных и внутренних стен и других зданий и сооружений, а так же для изготовления стеновых панелей и блоков. По прочности кирпич и камень разделяют на марки: 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75;

по морозоустойчивости- на марки: 15, 25, 35, 50.

Плотность кирпича в сухом состоянии колеблется в пределах 1600-1900 кг/м³, а теплопроводность составляет 0,71-0,82 Вт/(м*Сº).

Размеры кирпича (мм): обычного – 250х120х65; утолщенного – 250х120х80; модульного – 288х138х63. Поверхность граней может быть гладкой и рифленой.

По теплотехническим свойствам и плотности кирпич и камень в высушенном до постоянной массы состоянии делят на 3 группы:

1) эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшать их толщину по сравнению со стенами из обыкновенного кирпича. К этой группе относится кирпич и камни средней плотностью до 1400-1450 кг/м³;

2) условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций. Сюда относятся кирпич и камни плотностью 1450-1600 кг/м³;

3) обыкновенный кирпич – плотностью выше 1600 кг/м³.

Керамические кирпичи изготовляют полнотелыми или пустотелыми способом пластического формования или полусухого прессования.

Керамические камни изготовляют только пустотелыми способом пластического формования.

Размеры камней (мм): обычного – 250х120х138, укрупненного – 250х250х135, модульного – 288х138х138, с горизонтально расположенными пустотами – 250х150х120 (250). Толщина камня соответствует двум кирпичам, уложенным плашмя, с учетом толщины шва между ними.

Керамические изделия для облицовки выпускаются глазурованными и неглазурованными. К ним относятся лицевой кирпич и ковровые плитки.

Кирпич и камни лицевые и керамические (ГОСТ7484-78) имеют марки по прочности- 75, 100, 125, 150; водопоглощение – 6-14%.

Лицевой керамический кирпич

Лицевой керамический кирпич – строительное изделие, которое выполняет одновременно конструктивные и декоративные функции. По виду фактуры лицевой поверхности керамические кирпичи и камни выпускают: торкретированные минеральной крошкой, ангобированные, с окрашенным черепком, 2-хслойного формования и глазурированные. Офактуренным должен быть один ложок и один тычок. Фактура может быть гладкой или рельефной.

Торкретированный кирпич изготавливают из легкоплавких глин. Фактуру лицевой поверхности у такого кирпича получают нанесением на ложковую и тычковую поверхность слоя стеклокрошки, песка, фарфора, шамота, туфа. Выходящий из мундштука брус попадает в зону действия пескоструйного аппарата. Крошка дополнительно прижимается валиком. Расход крошки на офактуривание 1000 штук – 40-50кг.

Ангобированный кирпич получают нанесением декоративного керамического покрытия толщиной 0.2-0.3мм (ангоба). Сырьём для ангоба служат беложгущиеся глины (80-90%) и стеклобой (10-20%). Возможно добавление кварцевого песка, мела. Для получения цветного покрытия в состав ангоба вводят 5-7% минеральных красителей. Ангобы наносят на отформованные изделия компрессорными форсунками. На 100 штук кирпича расход ангоба – 10кг.

Светложгущиеся глины весьма дефицитны, и производство лицевого кирпича из таких глин для многих районов России является практически недоступным и экономически невыгодным.

Двухслойный кирпич или камень состоит из основной части – местных красножгущихся глин и лицевого слоя толщиной 3-5мм из светложгущихся окрашенных или неокрашенных глин. Составы основного и лицевого слоёв необходимо подбирать таким образом, чтобы максимально сблизить их усадки и коэффициент термического расширения.

Глазурированный кирпич получают нанесением глазурного покрытия на обожжённый кирпич методом двукратного обжига. Кирпич после первого обжига зачищают карборундовым камнем или шлифуют, удаляют с поверхности пыль, увлажняют и пульверизатором наносят глазурное покрытие. После сушки покрытия кирпич подвергают повторному кратковременному обжигу. В современном строительстве лицевой кирпич используют также для отделки внутренних стен вестибюлей, лестничных клеток, переходов, архитектурных элементов зданий.

Поризованные керамические изделия на основе легкоплавких глин

В основе технологии производства бесцементных пористых керамических изделий положен предложенный ЦНИИЭПсельстроем способ ступенчатой термообработки и послойного вспучивания гранулированной глиняной массы до получения изделия требуемой толщины. Этот способ позволяет на основе слабовспучивающихся легкоплавких глин получать крупноразмерные изделия плотностью 400-900кг/м³ и прочностью при сжатии 1.5-9.5МПа, и включает следующие основные операции: переработку глины, подготовку шихты и формовку гранул, сушку и предварительную термообработку гранул, послойный обжиг и вспучивание гранул, охлаждение изделий. На фактурный слой подаётся слой легкоплавкой смеси глины и стекла, толщиной 2-3мм, который в печи плавится и связывает фактурный слой с керамической массой. Происходит многократное повторение послойной засыпки. После охлаждения непрерывная пористая лента разрезается на изделия требуемого размера. Пористые керамические камни выпускаются размерами: h = 600, 900, 1200, S = 160, 200, 240, L<=3000мм.

Технологическая линия позволяет на основе дешёвых и широкораспространённых слабовспучивающихся глин получить крупноразмерные бесцементные изделия полной заводской готовности.

Плитки керамические

Применяют в строительстве как отделочный материал, обладающий высокой архитектурной выразительностью в сочетании с хорошими физико-механическими свойствами, недифицитностью исходного сырья и сравнительно невысокой стоимостью.

Технология производства керамических плиток состоит из следующих этапов: приготовления пресс-порошка в башенных распылительных сушилах, прессования, сушки, глазурования и обжига. Глину, с целью разрушения её природной структуры, удаления или измельчения крупных включений и придания ей пластичных свойств, пропускают через мельницы для роспуска глины, а затем увлажняют для получения однородной массы – шликера (влажность 45-60%). Для получения пресс – порошка используют распылительные сушила, как наиболее экономичные по сравнению с сушильными барабанами и фильтр-прессами.

Отличительной особенностью сушила является распыление керамической суспензии пучком форсунок при давлении 1.0 – 1.2МПа.

Прессование плиток осуществляется на прессах типа К/РКп-125, КРУ-160. Сушат плитки в конвейерно-поточных щелевых сушилах. Керамические плитки в основном производят 3-х видов: для внутренней облицовки стен, полов, фасадов. В зависимости от области применения к плиткам предъявляют различные требования по физико-химическим свойствам и внешнему виду.

Плитки керамические для внутренней облицовки стен применяют для лечебных и торговых помещений, столовых и кухонь, сан.узлов, бытовых помещений. Такие плитки классифицируют по характеру поверхности- на плоские, рельефные, рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия – прозрачные или глухие, блестящие или матовые, одноцветные или декорированные многоцветными рисунками; по форме - на квадратные, прямоугольные, фасонные; по характеру кромок – с прямыми или закруглёнными с одной или нескольких смежных сторон (завалом). В соответствии с ГОСТ 6141-82 производят 50 типов таких плиток.

Форма и размер плиток для внутренних помещений.

Форма плиток	Размеры,мм
Длина	Ширина
Квадратная
Прямоугольная
Фасонная карнизная
Фасонная плинтусная
Фигурная

Плитки керамические для облицовки зданий

Применяют для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей, зданий, фризов, обрамления оконных и дверных проёмов и т.д. Плитки изготавливают методами полусухого прессования и литья. Выпускают плитки разных размеров и расцветок. Размеры плиток при S=10мм: 250х140, 250х65, 215х120, 140х120; при S=7мм: 150х75, 120х65; при S=4мм – 46х46, 22х22. Керамические плитки, изготовленные методом литья, имеют толщину 3-3.5мм. Также предусматривается ГОСТ 13996-84 и другие размеры при S=10мм: 296х102, 296х92, 213х111; при S=7мм: 150х150, 60х60.

На домостроительных комбинатах в Мурманске, Рудном, Ачинске и других успешно применяют новую технологию керамической отделки фасадных поверхностей бетонных панелей – прямое глазурование керамическими глазурями бетонных поверхностей с последующим расплавлением глазури в течении 3-5 минут при 900-1000^оС в электрической экранной печи.

Плитки керамические для полов применяют для настила полов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования и т.д.

Для повышения художественно-декоративных качеств плитки изготавливают также с многоцветными рисунками, выполненными путём прессования плиток из порошков различно окрашенных глин, засыпанных в пресс-форму по шаблону, или путём нанесения многоцветного рисунка с помощью шелкографии на глазурованную поверхность плитки.

Форма и размеры

Форма плиток	Тип	Размеры, мм
L	H	S
Квадратная
Прямоугольная
Шестигранная
Четырёхгранная (половинки шестигранных)
Пятигранные			86.5 57.5
Восьмигранные

Физико-химические свойства плит

Водопоглощение, %- до 1%;

Предел прочности, МПа:

-при сжатии-150-160;

-при изгибе-61-69;

Потеря массы при истирании, г\см²- 0,03-0,05;

Морозостойкость,циклы –более-50;

Кислотостойкость -97

Керамические пористые изделия

Применяют как фильтрующие материалы, а также для диффузионных и аэрационных процессов. Эти изделия характеризуются высокой механической и химической стойкостью, долговечностью, огнестойкостью и компактностью, недифицитностью материалов. Наиболее широкое применение получили шамотно-силикатные, песчано-силикатные и фаянсовые многошамотные пористые изделия. Их изготавливают в виде труб, патронов, свечей, стаканов, плит, дисков и т.д. Размер пор от десятых долей микрометра до 0.2-0.3мм.

Области применения пористых керамических изделий

Трубы фильтрующие из пористой керамики - очистка никелевых пульп от твёрдых углекислот.

Фильтры керамические плоские - аэрация сточных вод.

Плиты шамотные для аэрирования - аэрация порошков и их пневмо-траспортирование.

Трубы монтажные фильтрующие - фильтрация аммиака и смесей от посторонних включений.

Фильтры шамотные - оборудование гидрогеологических и водозаборных скважин.

Плиты шамотные - аэрация при очистке промышленных и бытовых вод.

Элементы керамические - тонкая очистка бензина.

Фильтры керамические бактериальные - производство бактериальных препаратов.

Керамические трубы

Керамические канализационные трубы используют в строительстве безнапорных сетей канализаций, транспортирующих промышленные, бытовые и дождевые, агрессивные и неагрессивные воды.

Для производства канализационых труб применяют пластичные огнеупорные и тугоплавкие глины с содержанием(Al₂O₃) оксида алюминия >=16% без повышенного количества вредных включений типа колчедана, гипса и т.д. Отформованные трубы сушат в искусственных сушильных установках. Высушенные трубы покрывают снаружи и внутри глиняной глазурью, после чего обжигают в камерных или туннельных печах при температуре 1280-1300 С. Водопоглощение канализационных труб <=8%, кислотостойкость >=93%, трубы должны быть водонепроницаемы и выдерживать внутреннее гидравлическое давление >=0.15МПа. Трубы выпускают длиной от 1000 до 1500мм, ствол трубы от 150 до 600мм, раструб от 224 до 734мм, толщина стенки от 19 до 41мм

Керамические кислотоупорные изделия

Керамический кислотоупорный кирпич применяют для фундаментов и облицовки химических аппаратов, газоходов, настилки полов и сточных желобов предприятий химической промышленности. Кислотостойкость кирпича >=92-96%, водопоглощение <=8-12%, предел прочности при сжатии - 15,20 и 25МПа. По физико-химическим свойствам и внешнему виду кирпич делят на 3 сорта. Кислотостойкий кирпич первого и второго сорта должен обладать высокой термической стойкостью. Керамические кислотостойкие кирпичи изготавливают 3-х типов: кислотоупорные (К), термокислотоупорные (ТК) и термокислотоупорные для гидролизной промышленности (ТКГ). По внешнему виду плитки типов К и ТК делят на 2 сорта. К и ТК плитки имеют плотный спёкшийся черепок, высокую прочность (предел прочности при сжатии >=39МПа и на изгиб >=15МПа), низкое водопоглощение (6-9%), высокую кислостойкость (96-98%), высокую термическую стойкость. Плитки типа ТКГ должны обладать кислотостойкостью >=97%, водопоглощением <=6%, пределом прочности при сжатии >= 25МПа и высокой термостойкостью.

Плитки типа К применяют для футеровки аппаратов и газоходов, облицовки панелей и сточных желобов, а ТК и ТКГ для футеровки варочных котлов целлюлозной, гидролизной и других отраслей промышленности

Керамические кислотоупорные трубы

Керамические кислотоупорные трубы изготавливают по такой же технологии, как и канализационные, 2-х сортов. Они имеют плотный спекшийся черепок, с обеих сторон покрытый глазурью. Кислотоупорные трубы отличаются высокой плотностью и прочностью, малым водопоглощением и высокой кислотостойкостью. Трубы первого сорта должны иметь кислотостойкость >=98%, водопоглощение <=3%, предел прочности >=40МПа, выдерживать гидравлическое давление более 40МПа. Керамические кислотоупорные трубы применяют для перемещения неорганических и органических кислот и газов.

Керамические теплоизоляционные и огнеупорные материалы

Керамические теплоизоляционные и огнеупорные материалы включают ряд разновидностей высокопористой керамики: диатомитовые, перлитокерамические, огнеупорные(шамотные), высокоглиноземистые и другие. Высокопористое строение этих изделий обеспечивается различными способами. Но закрепление высокой пористости и придание изделиям прочности во всех случаях достигается только в процессе их обжига.

Сырьё	Пенообра зование	Газообра зование	Применение пористых заполнителей	Применение выгорающих добавок	Вспучивание при при обжиге
Диатомит	+	+	+	+	-
Перлитокерамика	+	-	+	-	-
Огнеупорная Глина	+	+	+	+	+
Чистые оксиды	+	+	+	+	-

Производство диатомитовых изделий с применением выгорающих добавок осуществляется следующим образом: предварительно просушенный диатомит измельчают и смешивают с органическими дисперсными добавками, смесь увлажняют и из получаемой массы экструзионным способом формируют изделия, которые затем обжигают. При обжиге органические добавки выгорают и образуют поры, а частицы диатомита спекаются и изделия приобретают заданную прочность.

Шамот - обожжённая до спекания огнеупорная глина, подвергнутая затем измельчению до определённой дисперсности. Шамот является отощителем, снижающим воздушные и огневые усадки керамической массы при сушке и обжиге изделий.

Шамотные теплоизоляционные огнеупорные изделия получают путём обжига сырья, изготовленного из огнеупорных глин или каолинов с отощением шамота, полученным из тех же по химическому составу глин. Шамотные изделия производят способом выгорающих добавок, пеновым способом и введением в состав пористых гранул, получаемых путём дробления обожжённых пеношамотных масс. Технология получения шамотных легковесов аналогична получению диатомитовых изделий.

Легковесные перлитовые изделия с минимальной средней плотностью, а также с достаточной прочностью в качестве футеровочного и теплоизоляционного материала изготавливают из вспученного перлитового песка и глины. Особенность технологии обуславливается свойствами высокопористого заполнителя - перлитового песка и сведения до минимума глины. Соотношение перлитового песка и глинистого связующего составляет 9:1 (по объёму) Наиболее рационально введение глинистого материала в виде шликера (тестообразной массы).

Перлитокерамические изделия используют для теплоизоляции и футеровки установок и агрегатов, трубопроводов; как фильтрующий материал в дымоходах, газоходах, для очистки атмосферы от выбросов вредных газов, как химически стойкий материал в химической и нефтехимической промышленности.

Дата добавления: 2014-01-05