Керамические изделия

Материалы, получаемые термической обработкой минерального сырья.

Основным исходным сырьем для керамических изделий являются широко распространенные глины.

Глины образовались в результате химического разложения горных пород под воздействие воды, углекислоты. В результате разложения полевого шпата образуется минеральный каолинит АI2О3 2 Si2 2Н2О - основа глины.

Глины имеют помимо каолинита – кварц, слюду, полевой шпат, магнезит и т.д. Содержат окиси кальций, железа, натрия и д.р. Содержание кальция сокращает процесс спекания глин и ухудшает условия обжига.

Вода в глинах содержится в виде свободной и химически связанной, – т.е. входящей в состав глин образующих минерал. О количестве воды можно судить по наличию в глине тех или иных минералов.

При смачивании сухой глины молекулы воды втягиваются между чешуйчатыми частицами каолинита и расклинивают их, вызывая набухание глин. Тонкие слои воды между пластинчатыми частицами глины строительных минералов обусловливают характерные свойства глинистого теста. С одной стороны они способствует связыванию глинистой массы в единое целое, с другой служат как бы смазкой, облегчая движение глинистых частиц при механическом воздействии. Нечто подобное происхождение, когда между стеклянными пластинами, плотно прижатыми друг к другу находится тонкий слой воды. Разнять весьма трудно, но легко скользит относительно друг друга.

Основные свойства глин – пластичность, отношение к сушке (воздушная усадка) и отношение к температурам.

Пластичность – возможность формирования изделий различных конфигураций. Пластичность можно повысить добавлением более пластичной глины или удалением из глины песка. Пластичность зависит от содержание глинистых частиц.

Воздушная усадка – уменьшение объема при сушке в условие нормальной (комнатной) температуры вследствии удаления из нее воды и сближение частиц глины, усадка у кирпича 4 - 15%.

Отношение к температурам. На воздействия температур глины проверяют, на огнеупорность с помощью конуса из глины размерами в вершине 2мм, в основании 8мм и высотой 30 мм, который помещается, в печь и когда при оплавлении вершина касается подставки фиксируют температуру.

По отношению к температурам глины бывают огнеупорные, тугоплавкие и легкоплавкие. Глины, имеющие после обжига белый цвет применяется для изготовления фаянса и фарфора.

Огнеупорные глины содержат мало примесей, очень пластичны, и выдерживают температуру выше 1580°С. Применяются при изготавлении огнеупорного кирпича и плитки.

Тугоплавкие глины имеющие огнеупорность 1350-1580°С, применяются для изготовления облицовочного кирпича, плиток для полов, канализационных труб и т.д.

Легкоплавкие - с огнеупорностью ниже 1350°С, имеют примеси в виде песка, известняка, слюды, полевого шпата. Применяются для изготовления кирпича, черепицы и аналогичных изделий.

Желательно использовать глины после вылеживания их в течение года после добычи.

Глиняные массы для керамических изделий, кроме глины содержат различные добавки, оказывающие влияние на их свойства.

Для снижения пластичности в глину вводят добавки: кварцевый песок, шлак и т.д. это снижает усадку.

В производстве керамических изделий на основе глинистых пород и плавленых изделий применяются золошлаковые отходы ТЭС в качестве отощающих или топливосодержащих добавок, а также в качестве основного сырья для изготовления зольной керамики.

Наиболее широко применяют топливные шлаки и золы как добавки при производстве стеновых керамических изделий. Для изготовления полнотелого и пустотелого кирпича и керамических камней рекомендуется использовать легкоплавкие золы с температурой размягчения до 1200 °С. Золы и шлаки, содержащие до 10% топлива, применяются как отощающие добавки, а 10% и более — как топливосодержащие. В последнем случае можно существенно сократить или исключить введение в шихту технологического топлива. В золах, используемых как добавки при производстве стеновых керамических изделий, количество S03 не должно превышать 2% от общей массы.

Порообразующие добавки вводят в сырьевую массу для получения изделий с пористой и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге выделяют газ (молотый мел, доломит) или выгорают (опилки, бурый уголь). Выгорают древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы обогатительных фабрик, золы ТЭЦ- это способствует повышению пористости и равномерному спеканию керамического черепка.

Керамические изделия классифицируют:

· по структуре образования;

· по областям применения;

· по назначению.

По структуре различают грубую – крупнозернистую с неоднородными строением и тонкую – с мелкокристалическим строением.

Большую часть строительных керамических материалов относят к грубой пористой керамике с водопоглащением 5-15%. Это – стеновые камни, кирпичная черепица, дренажные трубы др.

Дорожные и кислотоупорные кирпичи, канализационные трубы относят к грубой плотной керамике с водопоглащением 10%.

К тонкой пористой керамике относят изделия из фаянса и майолике, а к тонкой плотной - фарфор и часть огнеупорных, кислотоупорных электроизоляционных керамических материалов.

Керамические строительные материалы делят на плотные и пористые. Пористые с водопоглащение более 5%, плотные менее 5%. Поликристаллическая структура керамических материалов формируется при обжиге т. е. при высокой температуре.

В зависимости от назначения и области применения в строительстве керамические изделия подразделяются на стеновые материалы, камни для перекрытий, кровельные материалы, материалы для наружной и внутренней отделки, материалы для полов, для дорожных покрытий, специального назначения (теплоизоляционные, огнеупорные, кислотоупорные) сантехнические изделия, трубы дренажные и канализационные.

Особую группу составляют декоративно-художественная и бытовая керамика.

В каждой из этих групп входят разнообразные продукции по размерам:

- так стеновые ограждения конструкции включает в себя мелкоштучные и крупные керамические блоки, а также панели.

Основные технологические виды современной керамики: терракота, майолика, фаянс, фарфор, каменная масса.

Терракота - неглазурованная однотонная естественно окрашенная керамик, цветом от светло-кремового до красно-коричневого. Это могут быть скульптуры, МАФ, облицовочная плитка, архитектурные детали, вазы и др.

Майолика - керамика из цветной обожженной глины с крупнопористым черепком, покрытая глазурью - фризы, наличники, порталы, изразцы и т.д.

Фаянс - твердый, мелкопористый керамический материал, чаще белого цвета, более пористый чем фарфор, поэтому покрывают глазурью. Водопоглащение -10%.

Фарфор - спеченный керамический водонепроницаемый материал белого цвета. Получают путем обжига тенкодисперсной массы (смеси глины, каолина, кварца и полевого шпата).

Каменная масса- или «каменная» керамика, это близкий к фарфору плотный материал, отличающийся цветом черепка (серый, коричневый). Изготавливают дорожное покрытие, химически стойкую плитку.

К керамическим изделиям относят и огнеупорные керамические материалы, кислотоупорные, сантехнические.

По форме: кирпичи выпускают в виде прямоугольных параллелепипедов, лекальными, фигурными.

По отделки поверхности: обыкновенные, облицовочные, глазурованные без применения штукатурки.

Разнообразие форм, рельефа, цвета и рисунка кирпича помогают решать эстетичные вопросы строительства.

В зависимости от предела прочности кирпичи и керамические камни классифицируют по маркам. Марка соответствие пределу прочности при сжатии (5 образцов) М75 до 300 МПА.

Производство керамических изделий. Производство керамических материалов возникло много тысячелетий назад в виде гончарных изделий, настенных украшений и т.д.

Технологическая цепочка изготовления керамических изделий – подготовка сырья - дозировка – перемешивание - формирование ---сушка - обжиг.

Технология изготовления керамических материалов включает:

· подготовку сырья: – обогащение, дробление и выделение примесей;

· дозировку - добавка всех компонентов (глины, песка, порообразователей);

· перемешивание – чтобы получить однородную массу;

· формирование - пластическое, полусухое, литьем;

· сушку – при полусухом способе, прессование не требуется;

· обжиг при температуре – 900-1100% - для легкоплавких и 1150 – 1250 °С для тугоплавких глин.

Плитку, кирпич – прессуют полусухой из порошкообразной массы. Жидкую, высокой влажности глину для изготовления пустотелого кирпича, черепицы, керамических труб – шнековым способом выдавливают (Рисунок 2), литьем получают сантехнические изделия сложной конфигурации.

Рисунок2 Шнековый способ формования керамических изделий

Некоторые изделия покрывают глазурью (плитку) либо перед обжигом, либо обжигают дважды.

При обжиге температура, поднимается медленно: сначала, происходит досушивание, равномерное удаление влаги из массы затем обжиг.

При 100-120°С удаляется влага (свободная) затем сгорают органические примеси.

При t =450-650°С удаляется химические связанная влага и глина переходит в аморфное состояние, происходит усадка.

Печи для обжига кирпича бывают камерные и туннельные. До обжига на лицевой поверхности керамические изделий различными способами формируют рисунок следующими способами:

· механическим;

· глазированием;

· прессованием с помощью трафаретов;

· переводом печатного изображения с бумаги;

· нанесение рисунка прессованием из смеси разноцветных порошков грубого помола.

Классификация керамических изделий по назначению.

Номенклатура керамических строительных материалов. Строительной промышленностью выпускаются керамические строительные материалы:

· стеновые материалы - кирпич, камни, панели, блоки;

· фасадные плитки;

· черепица;

· плитки керамические для стен и пола;

· сантехнические изделие;

· художественно-архитектурное изделия;

· теплоизоляционные материалы;

· краски.

Стеновые материалы: кирпичи и камни

Кирпич обыкновенный сплошной имеет плотность 1600-1800 кг/м3 Размеры кирпича обыкновенного глиняного: 65х120х250, вес 3 кг. Размеры стеновых материалов должны координироваться с действующей модульной системой. Сплошные (полнотелые) и пустотелые кирпичи 4кг высотой -88мм называется утолщенный или модульный.

Выпускается кирпич 7 марок- 75:100;125:150;200;250;300 с прочностью на сжатие 7,5-30 МПА соответственно. Коэффициент теплопроводности λ=0,75-0,8 ккал/м· ч· град. По морозостойкости выпускается 4 марки кирпича. – F-5;25;35;50 циклов.

Применяют для кладки наружных, внутренних стен, перегородок, столбов, сводов, а также для изготовление кирпичных блоков и стеновых панелей. Нельзя применять для устройства фундаментов, подземной части зданий.

Кирпич пустотелый. Такой же, как и обыкновенный, но с технологическим пустотами для уменьшение массы. Пустоты – круглые, прямоугольные, овальные. Пустоты сквозные и не сквозные. Плотность: 1000- 1450кг/м3. Коэффициент теплопроводности λ=0,65-0,7 ккал/м· ч· град.

Предельная прочность: 7,5-25МПа для марок 75;100;125;150;200;250; (6 марок) соответственно. По морозостойкости марки F – 15;25;35;45 и 50.

Применяют для наружных и внутренних стен, перегородок без увлажнения.

Камни керамические пустотелые со сквозными и несквозными отверстиями размерами: 250х120х138: 250х250х138 и 288х138х138 и 288х, марок 75:100:125:150:200:250. Плотность 1450 кг/м3. Марка по морозостойкости F – 15 для несущих и ненесущих внутренних стен

Крупноразмерные блоки для наружных и внутренних стен. Панели изготавливают размером на комнату одно и двухслойные. Однослойные блоки толщиной 30см изготавливают из пустотелых керамических камней и керамзитобетонного заполнителя. Двухслойные толщиной 26см из кирпича и эффективного утеплителя: фибролита, минеральной ваты толщиной 10 см с облицовкой фасадной поверхности керамической плиткой. Кирпичные блоки изготавливают для увеличение производительности труда в условиях строительной площадки и повышения качества работ.

Отделочная керамика. Промышленностью выпускается керамическая плитка для внутренних работ и фасадная плитка. Фасадную плитку крепят цементным раствором, и на тыльной стороне плитки делают рельеф. Другие плитки «закладные» имеют сложную конструкцию и устанавливаются во время кладки стены.

Для отделки стен внутри зданий изготовляют плитку толщиной 5-10 мм, размерами 100х100; 150х150; 200х200; 200х400; 300х400 и т. д.

Керамические плитки для полов выпускаются двух видов: штучные и коврово-мозаичные, толщиной 11,13 и 15 мм, размерами 300х300; 400х400 и 500х500мм/

Керамогранит (каменный фарфор) - При его производстве применяются: кварцевые включения, полевой шпат, каолин. Формуются плиты при высоком давлении, температура обжига 1200-1300°С. По твердости и, соответственно, износостойкости каменному фарфору нет равных среди облицовочных материалов - у него эти показатели выше, чем у кварца и гранита. Крайне низкой пористостью объясняется и прочность керамогранита, и его низкая гигроскопичность - не более 0,05%. Твёрдость 8–9 баллов по шкале MOHS, а водопоглощение 0,05% по массе обеспечивает устойчивость не только к дождевой воде и всякого рода загрязнениям, но и к морозу. Благодаря всему перечисленному, Falesie прекрасно подходит как для интерьеров, так и для наружных работ, вплоть до предельно жёстких условий эксплуатации. Площадки для парковки, парковые или автомобильные дорожки, входные блоки и проходы общественных зданий и сооружений с любой интенсивностью движения.

Санитарно- технические изделия – ванны, раковины, унитазы, изготавливают из твердого фаянса и полуфарфора с глазурованием поверхности, способом литья в гипсовых формах.

Кровельная черепица применяется для скатных крыш. Изготавливают из легкоплавких глин. Долговечны, но трудоемки и весят 1мІ - 60кг. Применяются в наших климатических условиях редко.

Теплоизоляционная керамика. Керамзит – легкий, сыпучий строительный материал с закрытыми мелками порами, полученный быстрым обжигом легкоплавких глин, зол на тепловых предприятиях и другого вспучивающегося при термической обработке сырья.

Получают керамзитовый песок, гравий и щебень различных функций крупность от 5 до 40 мм. Песок, гравий, щебень применяется не только как заполнитель для легких бетонов, но и в качестве засыпок теплоизолирующих в слоистых конструкция.

Глинозольный керамзит производят по обычной для керамзита технологической схеме, включающей последовательное измельчение и усреднение сырья, формование гранул на дырчатых вальцах или ленточном прессе и их термическую обработку во вращающейся противоточной печи. Зола смешивается с глиной в глиносмесителе с пароувлажнением и в составе глинозольной массы поступает вперерабатывающие вальцы, а затем в агрегат для гранулирования.

Основной особенностью технологии изготовления глинозольного керамзита, помимо добычи и усреднения золы, является более тщательная подготовка сырьевой смеси. С этой целью применяют двух-стадийное перемешивание глинистой породы и золы в последовательно установленных агрегатах. Для производства глинозслъного керамзита предпочтительны золы из отвалов гидроудаления. Насыпная плотность глинозольного керамзита составляет 400-700 кг/м3, прочность при сдавливании в цилиндре - 2,3 - 4,8 МПа, водопоглощение – 10 - 21%, морозостойкость - более 15 циклов.

Глинозольный керамзитовый гравий и песок пригодны в качестве пористых заполнителей для легких бетонов классов от В3,5 до ВЗО.

Дорожный кирпич (клинкер)– искусственный камень получают путем формования и обжига глиняной массы до полного спекания. Размеры- 220х110х65 мм. Применяют для устройства тротуаров.

Керамические трубы –канализационные и дренажные. Керамические канализационные трубы – используют в строительстве безнапорной сети канализации, транспортирующие, промышленные, бытовые и дождевые, агрессивные и неагрессивные воды. Для производства применяют пластичные огнеупорные и тугоплавкие глины с содержанием Al2O3 не менее 16 %, интервалом спекания более 60 0С и без повышенного количества вредных включений типа колчедана, сидерита, гипса и тд. Формуется на специальных трубных прессах. Покрывают снаружи и внутри глиняной глазурью, после чего обжигают в камерных или туннельных печах при температуре 1250…1300 оС. Водопоглощение не более 8 %, кислотостойкость не менее 93 %.

Керамические краски – в виде защитных покрытий в атомной промышленности, получают окраской поверхности и закрепление обжигом.

Декоративная художественная керамика применяется в виде фасадных деталей, скульптур, ваз, малых архитектурных форм.

Керамические кислотоупорные плитки – изготавливают трех типов: кислотоупорные (К), термокислотоупорные (ТК) и термокислотоупорные для гидроизоляционной промышленности (ТКГ). По внешнему виду делят на два сорта: I и II. Предел прочности при сжатии не менее 39 МПа и на изгиб не менее 15 МПа, водопоглощение не более 6…9 %, кислотостойкость не менее 96…98 %., высока термическая стойкость не менее 8 теплосмен.

Керамические кислотоупорные трубы – изготавливают двух сортов: I, II. Имеют плотный спекшийся черепок, с обеих сторон покрытый глазурью. Отличаются высокой плотностью и прочностью, малым водопоглощением и высокой устойчивостью к действию кислот. Кислотостойкость не менее 98 %, водопоглощение не более 3 %, предел прочности при сжатии не менее 40 МПа, термическая стойкость не менее двух теплосмен и гидравлическое давление не менее 0,4 МПа. Применяют для перемещения неорганических и органических кислот и газов при разряжении или давлении до 0,3 МПа.

Вопросы для СРС по теме:

1. Технология изготовления керамических материалов.

2. Методика испытания кирпича для определения его марки.

3. Какие марки кирпича Вы знаете?

4. Сырье для изготовления керамических материалов.

5. Физико- механические свойства керамических материалов.

6. Стеновые керамические материалы.

7. При какой температуре осуществляется замораживание и оттаивание

кирпича при определении его морозостойкости.

8. Отделочные керамические материалы.

9. Художественно-декоративные изделия из керамики.

Дата добавления: 2014-12-16