Глинясті матеріали

Загальні відомості про керамічні матеріали.

Керамічні матеріали одержують з глинястих мас формуванням, сушінням і подальшим випалюванням. Це найстародавніші з усіх штучних кам'яних матеріалів. Вік керамічної цегли становить понад 5000 ро­ків.

Висока довговічність, порівняна простота виготовлення кераміч­них матеріалів висунули їх на одне з перших місць серед інших будівельних матеріалів. Випуск керамічної цегли становить майже поло­вину обсягу виробництва всіх стінових матеріалів. Керамічні облицювальні плитки й досі лишаються основними матеріалами для опорядження санітарних вузлів та багатьох інших приміщень. Не витратили свого значення й керамічні матеріали для зовнішнього облицювання будівель. Висока міцність, універсальність властивостей і широкий асортимент дають змогу використовувати керамічні вироби у найрізноманітніших конструкціях будівель і споруд: для стін, теплових аг­регатів, як облицювальні матеріали для підлог і стін, для мереж каналізації, як легкі пористі заповнювачі для залізобетонних виробів тощо.

За призначенням керамічні матеріали й вироби поділяють на такі види:

¤ стінові—цегла звичайна, цегла й каміння порожнисті й порис­ті, крупні блоки й панелі з цегли та каміння;

¤ для зовнішнього облицювання — цегла й каміння керамічні лицьові, кераміка килимова, плитки керамічні фасадні;

¤ для внутрішнього облицювання —плитки й плити для стін і підлог;

¤ покрівельні — черепиця;

¤ труби — дренажні й каналізаційні;

¤ заповнювачі для легких бетонів — керамзит, агло­порит;

¤ санітарно-технічні вироби—умивальні столи, ванни;

¤ дорож­ня цегла; кислототривкі вироби — цегла, плитки, труби;

¤ вогнетрив­кі матеріали.

За структурою черепка всі види поділяють на дві групи:

¤ пористі (не спечені);

¤ щільні(спечені).

Пористі поглинають більше ніж 5 % води (за масою); в середньому їхнє водопоглинання становить 8...20 %.;

До цієї групи належать стінові, покрівельні, облицювальні матеріали, дренажні труби тощо. Щільні вироби поглинають менш як 5 % води, найчастіше І...4 % за масою. Щільну структуру мають плитки для підлоги, дорожня цегла, стінки каналізаційних труб тощо.

а) Види глин.

Сировиною для виготовлення керамічних матеріалів є різні гли­нясті гірські породи. Глини утворилися внаслідок вивітрювання вивер­жених польовошпатових гірських порід і є природними водними алюмосилікатами, здатними при замішуванні з водою утворювати пластичне. тісто, яке після випалювання необоротно переходить у каменеподібний стан. Після випалювання вони мають білий колір.

У глинах можуть бути домішки карбонатів, оксидів заліза, кварцу, колоїдних органічних речовин тощо, які суттєво впливають на власти­вості керамічних матеріалів. Так, домішки польового шпату, вапняку знижують температуру плавлення глини. Червоне забарвлення кера­мічних виробів залежить від наявності в глині оксидів заліза.

Бентоніти — це високодисперсні глинясті породи з переважанням мінералу монтморилоніту. Вміст у них частинок розміром менш як 0,001 мм досягає 90 %.

Трепели й діатоміти, які складаються в основному з водного аморф­ного кремнезему, використовують для виготовлення теплоізоляційних виробів, легковагової цегли й каміння.

б) Характеристика добавок до глин, глазурі та ангоби

Для поліпшення технологічних властивостей глин і надання виробам певних фізико-механічних властивостей вводять добавки (спіснювачі, пороутворювачі, плавні, пластифікатори тощо).

Спіснювальні добавки вводять у керамічну масу, щоб знизити пластичність і зменшити повітряну та вогневу усадки. Для цього використовують шамот, дегідратовану глину, пісок, гранульований шлак, золи ТЕС. Шамот — це зернистий порошок із зернами 0,14...2,00 мм, який дістають подрібненням попередньо випаленої до спікання глини. Шамот поліпшує сушильні й випалювальні властивості глин. Кварцовий пісок із зернами 0,5...2,0 мм додають у кількості 10...25 %. Гранульований доменний шлак із зернами до 2 мм — ефективний знежирювач глини в процесі виробництва цегли. Золи ТЕС виконують роль знежирювача й вигоряючої добавки.

Плавні знижують температуру випалювання й спікання глини. Як плавні використовують польові шпати, залізну руду, доломіт, магнезит, тальк тощо.

Пороутворювальні добавки вводять у сировинну масу, щоб одержати легкі керамічні вироби з підвищеною пористістю. Такими добавками є магнезит, крейда, доломіт, які під час випалювання виділяють СО₂, а також вигоряючі добавки — тирса, відходи вуглезбагачувальних фабрик, золи ТЕС, лігнін, подрібнене буре вугілля.

Пластифікуючи добавки сприяють підвищенню пластичності глинястої маси й поліпшенню формування виробів. До них належать високопластичні глини, бентоніти, а також поверхнево-активні речовини типу лігносульфонату технічного (ЛСТ).

Щоб поліпшити декоративний вигляд і стійкість до зовнішніх впливів, поверхню ряду керамічних виробів покривають глазур'ю чи ангобом.

Глазур —це легкоплавкі стекла прозорі та непрозорі (глухі), безбарвні та забарвлені. Основні сировинні компоненти глазурі: кварцовий пісок, каолін, польовий шпат, солі лужних і лужноземельних металів, оксиди. Їх застосовують у сирому вигляді або сплавленими — у вигляді фрити. Глазур у вигляді шлікеру наносять не поверхню виробу і випалюють у печах до розплавлювання на поверхні.

Ангоб виготовляють з білої або кольорової глини й наносять на поверхню виробу тонким шаром у вигляді шлікеру, а далі випалюють. У процесі випалювання ангоб не плавиться, і забарвлена поверхня виходить матовою. Ангоб добирають близьким за складом до основного черепка.

в) Властивості глин

Глинясту сировину для керамічних матеріалів класифікують за гранулометричним складом, пластичністю, усадкою, вогнетривкістю.

Гранулометричний склад глини: найдрібніші мінеральні частинки, які звуться глинястими (розміром до 0,005 мм); частинки пилу (до 0,16 мм) і зерна кварцу, слюди та інших мінералів (0,16...5,00 мм).

Від кількості глинястих та інших частинок і їхніх розмірів залежить основна властивість глини — пластичність, тобто здатність у вологому стані внаслідок зовнішнього впливу набирати будь-якої фор­ми без утворення розривів і тріщин, зберігаючи цю форму при наступ­ному сушінні й випалюванні. Технічним показником пластичності є число пластичності

Пл = W_т - W_р,

де W_т і W_р — вологості, %, які відповідають границям текучості й розкачування глиняного джгута.

За пластичністю глини поділяють на:

- високопластичні (Пл > 25 %),

- середньопластичні (Пл = 15...25 %),

- помірнопластичні (Пл = 7... 15 %),

- малопластичні (Пл < 7 %)

- непластичні.

Для виготовлення будівельних керамічних виробів застосовують переважно помірнопластичні глини з піском. Малопластичні глини погано формуються, а високопластичні розтріскуються під час сушіння і потребують спіснювання.

Високопластичні глини містять 80...90 % частинок розміром до 0,005 мм і 60 % частинок розміром до 0,001 мм, тоді як помірноплас­тичні глини містять лише 30...60 % частинок розміром до 0,005 мм. Крупніші частинки пилу (до 0,16мм), зерна слюди й піску (0,16...5,00) мм знижують пластичність глин.

Усадкою називають зменшення лінійних розмірів та об'єму зразка в процесі сушіння (повітряна усадка) та випалювання (вогнева усадка). Для різних глин лінійна повітряна усадка залежно від вмісту тонких фракцій коливається у межах 2...12 %. Вогнева усадка залежно від складу глин становить 2...8 %. Повна усадка дорівнює алгебра­їчній сумі повітряної і вогневої усадок і становить 5...18 %.Щобзменшити усадочні напруження, до високопластичних глин додають знежирювачі.

За вогнетривкістю глинясту сировину поділяють на класи:

- вогнетривкі «О» з показником вогнетривкості понад 1580 °С;

- тугоплавкі «Т» — 1350...1580 °С;

- легкоплавкі «Л» —менш як 1350 °С.

Характерною властивістю глин є їхня здатність переходити в каменеподібний стан. Під час випалювання глина зазнає фізико-хімічних змін. У початковий період підвищення температури починає випаровуватися вільна вода, далі вигоряють органічні речовини і глина необоротно перетворюється на ка­мінь.

Випалювання цегли та інших пористих виробів звичайно закінчується при температурі 950...1000 °С. Подальше підвищення температури різко інтенсифікує утворення рідкої фази, внаслідок чого відбува­ється злипання й ущільнення черепка та знижується водопоглинання (стає менш як 5 %). З подальшим підвищенням температури глина плавиться і виріб деформується. На колір керамічних виробів впливає вміст у глині оксидів заліза (чим їх більше, тим сильніше червоно-коричневе забарвлення). Щоб одержати білий черепок, випалювання слід провадити у відновлюва­ному середовищі, аби оксиди заліза (Fe₂O₃) переходили в закисну форму (FeO).

Дата добавления: 2014-01-07