Конобеева А.Б., Кострикина А.В. Товароведение и экспертиза строительных материалов. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

131

• водостойкость

• стойкость к агрессивным воздействиям;

• высокая экологичность;

• простота технологических приёмов изготовления;

• разнообразие сырьевых материалов;

• прочность;

• долговечность;

• гигиеничность;

• декоративность.

Керамические изделия обладают различными свойствами, которые

определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а

также условиями обжига.

Применение – во всех элементах зданий и сооружений, в сборном

керамическом домостроении, в строительстве стеновых керамических из-

делий, для изготовления фасадной керамики, пористых заполнителей для

бетонов, санитарно-технической керамики, плитки для полов, керамиче-

ских канализационных труб и др.

Таким образом, керамические материалы отвечают современным

тенденциям строительной техники, являются конкурентоспособными с

другими строительными материалами такого же назначения.

Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологии

керамики называют керамическим черепком.

В зависимости от пористости структуры керамические строительные

изделия делят на две группы:

• пористые (водопоглощением по массе 5 и более 5% - керамиче-

ский кирпич и камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и ке-

рамические трубы);

• плотные (водопоглощением по массе – менее 5% - плитки для

полов и дорожный кирпич);

Санитарно-техническая керамика может быть пористой (фаянс) и

плотной (санитарный фарфор).

6.1. Глина – сырьё для производства

керамических материалов

Качество сырьевых материалов определяется минералогическим со-

ставом, физическими свойствами, зависящими от месторождения и усло-

виями залегания. Основными сырьевыми материалами для производства

керамических изделий являются глины и каолины; в качестве вспомога-

тельных сырьевых материалов для улучшения технологических свойств

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

132

используют пески кварцевые и шлаковые, шамот, выгорающие добавки

органического происхождения (древесные опилки, угольная крошка и т.п.).

Глина – один из наиболее распространенных видов осадочных гор-

ных пород полиминерального состава. Кислород, кремний и алюминий по

своей общей массе составляют около 90% в составе земной коры, поэтому

подавляющую часть минералов составляют алюмосиликаты, силикаты и

кварц - основа встречающихся в природе керамических сырьевых минера-

лов. Размеры глинистых частиц колеблются практически от коллоидной

дисперсности до 5 мкм. Основным минералом каолиновых глин является

минерал каолинит.

Глины – землистые осадочные горные породы, состоящие из глини-

стых минералов со значительными примесями: каолинита, галлуазита,

монтмориллита, бейделлита, частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд,

гидратов окиси железа, алюминия, карбонатов магния, кальция и др.

Пластичность глинистого сырья, определяемая числом пластичности

П (по раскатыванию глиняного жгута диаметром 3 мм), зависит от содер-

жания глинистых минералов и влажности массы. В зависимости от содер-

жания глинистых минералов глины делятся: на:

• жирные (более 60%);

• обычные (30... 60%);

• тяжелые суглинки (20... 30%);

• средние и легкие суглинки (менее 20%).

По пластичности глинистые материалы подразделяются по числу

пластичности на:

• высокопластичные (менее 25);

• среднепластичные (15... 25);

• умеренно-пластичные (7... 15);

• малопластичные (3... 7).

Вода, адсорбированная поверхностью глинистых частиц в процессе

приготовления сырьевой смеси, играет роль гидродинамической смазки,

что обеспечивает во многом ее пластические характеристики. Вместе с тем

удаление воды, как из самих глинистых частиц, так и с их поверхности в

процессе сушки и обжига вызывает явление воздушной и огневой усадки.

Усадочные деформации являются причиной возникновения в изделии

внутренних напряжений, что в конечном итоге влияет на их качественные

показатели.

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвра-

щения образования трещин в пластичные глины вводят искусственные или

природные отощающие добавки. К их числу относятся дегидратированная

глина, шамот, котельные шлаки, золы, кварцевые пески и т.д.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

133

Введение в состав сырьевой смеси плавней обеспечивает более низ-

кую температуру ее спекания. К плавням относят полевые шпаты, пегма-

тит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, нефелиновьте

сиениты (для фаянсовых масс). Искусственный керамический материал,

отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных

физических, химических и физико-химических изменений, происходящих

при обжиге, т.е. при воздействии высоких температур.

Каолины – это чистые глины, состоящие преимущественно из гли-

нистого минерала каолинита (Al

·2SiO

·2H

O). Каолины огнеупорны,

малопластичны, имеют белую окраску. Их применяют для производства

фарфора, фаянса и тонких облицовочных изделий, так как после обжига

получается белый черепок.

Обычные глины отличаются от каолинов большим разнообразием

минералогического, химического и гранулометрического состава.

Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах

глин. С увеличением А1

повышается пластичность глин и ог-

неупорность, а с повышением содержания SiO

пластичность глин снижа-

ется, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изде-

лий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глины, наличие

щелочей ухудшает формуемость изделий.

При изготовлении керамических материалов основными техно-

логическим свойствами глин являются:

• пластичность;

• воздушная и огневая усадка;

• огнеупорность

• цвет керамического черепка

• спекаемость.

Пластичность глин – способность глиняного теста под действием

внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после прекраще-

ния действия этих сил. По степени пластичности глины делят на высоко-

пластичные, или «жирные», средней пластичности и малопластичные, или

«тощие». Жирные глины хорошо формуются, но, высыхая, дают трещины

и значительную усадку. Тощие глины формуются плохо. Для повышения

пластичности глин применяют операцию вылеживания их во влажном со-

стоянии на воздухе, вымораживание, гноение в темных подвалах, при этом

происходит разрыхление материала и увеличивается ее дисперсность. Пла-

стичность можно также повысить добавлением высокопластичных глин.

Самый распространенный способ повышения пластичности — их механи-

ческая обработка. Для понижения пластичности глин вводят добавки раз-

личных непластичных материалов (отощающие добавки).

Усадка – уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца

при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку вы-

ражают в процентах от первоначального размера изделия.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

134

Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в про-

цессе его сушки на воздухе и составляет,2...10%.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легко-

плавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их

контакта сближаются. Огневая усадка составляет 2...8%.

Полная усадка определяется как арифметическая сумма величин

воздушной и огневой усадок. Значение полной усадки колеблется в преде-

лах 4...18%. Полную усадку учитывают при формовании изделий.

Огнеупорность – свойство глины выдерживать действие высоких

температур без деформации. По температуре плавления глины разделяют-

ся на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350°С), тугоплавкие

(с температурой плавления 1350...1580°С) и огнеупорные (свыше 1580°С).

Огнеупорные глины применяют для производства огнеупорных из-

делий, а также фарфора и фаянса. Тугоплавкие глины применяют в произ-

водстве кислотоупорен, плиток для полов, канализационных труб. Легко-

плавкие глины используют для производства керамического кирпича, пус-

тотелых камней, черепицы.

Цвет черепка после обжига зависит от состава и количества приме-

сей в глине. Каолины дают черепок белого цвета. На цвет обожженных

глин оказывает влияние содержание оксидов железа, которые придают ок-

раску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Оксиды титана вызы-

вают синеватую окраску черепка. Используя минеральные красители,

можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.

Спекаемостъю глин называют ее способность уплотняться при об-

жиге и образовывать камневидный материал. При спекании увеличивается

прочность и уменьшается водопоглощение изделий.

6.2. Производство керамических строительных

материалов и изделий

Эксплуатационные характеристики керамических изделий во многом

определяются как составом сырьевых материалов, так и технологическими

приемами их изготовления. В производстве обширной номенклатуры со-

временной строительной керамики используются родственные технологи-

ческие процессы, позволяющие кратко обобщить основы производства ке-

рамических материалов.

Можно выделить следующие общие технологические процессы:

1. добыча глины;

2. подготовка сырьевой массы;

3. формование изделия (сырца);

4. сушка;

5. обжиг.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

135

Эти пять стадий производства являются общими для всех видов ке-

рамических изделий. Для отдельных видов изделий могут применять раз-

личные способы формования (кирпич пластического и полусухого формо-

вания), разные способы сушки (воздушная или в сушильных камерах), а

также дополнительные производственные процессы – покрытие изделий

глазурью или ангобом.

Добыча глины. Добыче сырья предшествует геологическая разведка,

определение химического и минерального состава, физических свойств

сырья, полезной толщи месторождения, его однородности и характера за-

легания, объема работ и т.д. Глина обычно залегает – на небольшой глуби-

не. Разрабатывается сырье в карьерах открытым способом – одноковшо-

выми, многоковшовыми или роторными экскаваторами. Заводы по произ-

водству керамических изделий обычно строят вблизи месторождений глин,

т.е. карьер является составной частью завода. Добычу глины стремятся

осуществлять в теплое время года, создавая запас материала на складе для

работы зимой. Транспортируют глину из карьера на заводы рельсовым

транспортом в опрокидных вагонетках, ленточными транспортерами и ав-

тосамосвалами.

Подготовка сырьевой массы. Добытая в карьере и доставленная на

завод глина непригодна для формования изделий, и нужно разрушить при-

родную структуру глины, очистить ее от вредных примесей, измельчить

крупные фракции, смешать с добавками, увлажнить ее, чтобы получилась

удобоформуемая масса. В крытых складах или на открытых площадках

глинистые материалы выдерживаются до двух лет. За это время разлага-

ются органические остатки и под действием атмосферных факторов (ув-

лажнения и высушивания, замораживания и оттаивания) и предваритель-

ной обработки (рыхления, камнеудаления и т.д.) удается достичь сравни-

тельной однородности массы, как по гранулометрическому, так и по мине-

ральному составу. Дальнейшая подготовка массы осуществляется в зави-

симости от вида изделий и предполагаемой технологии их изготовления.

На этом этапе с помощью камневыделительных машин, вальцов, мельниц

различного вида, дозаторов добавок и воды, глиномешалок или дисперга-

торов удается получить массу, пригодную для формования изделий. Фор-

мовочную массу готовят пластическим, полусухим или мокрым способами

в зависимости от свойств сырьевых материалов и требований к качеству

получаемого изделия.

Формование изделий – одно из важных операций при изготовлении

керамических изделий. Способы изготовления определяются формовоч-

ными свойствами сырьевой смеси и, прежде всего, пластичностью, которая

многом зависит от количества воды в формовочной смеси. В зависимости

от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой, по-

лусухой, пластический и литьевой (шликерный).

При сухом способе пресс-порошок имеет влажность 2…6%, при ко-

торой используют механические или гидравлические прессы, развивающие

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

136

давление свыше 40 МПа. Данным способом изготавливают плотные кера-

мические изделия: плитку для полов, некоторые виды кирпича, изделия из

фаянса и фарфора.

Полусухой способ предусматривает использование рабочих смесей с

влажностью 8... 12%. По этому способу изготавливается кирпич, фасонные

изделия, плитка.

Наиболее экономичным и распространенным является способ ала-

стического формования при влажности массы 18... 24%. Основной меха-

низм, используемый в этом случае, – ленточный пресс. Шнек-вал пресса с

переменным шагом лопастей перемалывает массу, одновременно уплотняя

её к выходному отверстию. Вакуумирование на последней стадии прессо-

вания позволяет дополнительно уплотнить массу. Выходное отверстие

пресса – мундштук обеспечивает получение непрерывного глиняного бру-

са необходимых геометрических размеров. Форма мундштука и его разме-

ры определяют вид выпускаемых изделий: кирпич, камни, плитки, черепи-

ца, трубы, фасонные изделия. Установленные перед мундштуком пустото-

образователи позволяют формовать дырчатые изделия, с щелевыми пусто-

тами и т.д.

Литьевым способом изготавливают керамические изделия сложной

геометрической формы: сантехнические изделия (раковины, унитазы, пис-

суары и т.д.), некоторые декоративные изделия, плитку для внутренней от-

делки помещений. Компоненты рабочей смеси тщательно размешивают,

дозируют, перемешивают с водой. Влажность массы в этом случае от 40 до

60%. Подготовленная таким образом однородная масса выливается в гип-

совые формы. Развитая микропористая структура гипсового камня обу-

славливает удаление части воды в пристеночных слоях. В результате в за-

висимости от времени достигается необходимая толщина уплотненного

слоя. Избыток смеси после этого удаляется. После сушки отдельные эле-

менты монтируются.

Сушка и обжиг изделий. В зависимости от способа изготовления

влажность сырьевых смесей колеблется в очень больших пределах от 2 до

60%. Удаление воды из отформованных изделий сопровождается усадоч-

ными деформациями и, соответственно, возникновением внутренних на-

пряжений. Последние при жестких режимах сушки могут являться причи-

ной искривления, появления трещин, снижающих качественные показате-

ли изделий. Сушку изделий производят до остаточной влажности 4... 6% в

туннельных или камерных сушилках. Температура теплоносителя

120...150°С.

Обжиг керамических изделий – один из наиболее ответственных тех-

нологических этапов, во многом определяющих свойства получаемых ма-

териалов.

В производстве строительной керамики в основном используют тун-

нельные печи непрерывного действия: высушенные изделия на обжиговых

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

137

вагонетках, передвигаясь по туннелям, постепенно нагреваются до темпе-

ратуры спекания в зоне сгорания топлива, а затем медленно охлаждаются

встречным потоком воздуха.

При температуре порядка 100...120°С удаляется физически связанная

свободная вода. При температуре 450 ...600°С глинистые вещества необра-

тимо теряют пластические свойства. Дальнейшее повышение температуры

приводит к разрушению кристаллической решетки алюмосиликатов и рас-

паду их на отдельные окислы: при повышении температуры до 1000°С об-

разуется соединение силлиманит, при температуре 1200-1300

С – новый

минерал муллит. Эти минералы обеспечивают высокую прочность и стой-

кость керамического черепка к различным факторам внешней среды.

После обжига полученные изделии медленно охлаждаются, так как при

резком охлаждении могут образоваться трещины. Перед отгрузкой потре-

бителю керамические изделия сортируют с целью проверки качественных

показателей на их соответствие требованиям государственных стандартов.

6.3. Классификация строительных керамических

материалов и изделий

Ассортимент строительной керамики можно подразделить по назна-

чению на пять групп:

• стеновая;

• облицовочная;

• кровельный материал;

• материал для полов;

• специального назначения;

• санитарно-техническое оборудование.

Стеновые керамические материалы

Стеновую керамику изготовляют из глинистых и кремнеземистых

(трепела, диатомита) пород, промышленных отходов с минеральными и

органическими добавками и без них. В производстве кирпича эффективно

применение топливосодержащих отходов в качестве добавки в шихту, это

снижает на 30...40% расход сырья, на 50...70% температуру обжига и рас-

ход топлива. Новая технология с жестким формованием обеспечивает со-

кращение энергозатрат на 20%, снижение расхода металла на вагонетки.

Экологически чистое производство обеспечивается при улавливании сер-

нистого газа и переработке его в гипсовое вяжущее.

К этой группе строительных материалов относятся:

• кирпич глиняный обыкновенный;

• кирпич глиняный эффективный;

• камни керамические;

• панели керамические.

Кирпич составляет до 50% общего количества стеновых материалов.

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

138

Керамический кирпич (ГОСТ 530-95) изготовляют в форме парал-

лелепипеда. В зависимости от размеров керамический кирпич подразделя-

ют на виды:

• кирпич одинарный с размерами 250x120x65;

• кирпич утолщенный с размерами 250x120x88;

• кирпич модульных размеров одинарный с размерами

288x138x63;

• кирпич модульных размеров утолщенный с размерами

288x138x88;

• кирпич утолщенный с горизонтальным расположением пустот

с размерами 250x120x88 мм.

Одинарный кирпич (рис. 9) выпускают полнотелым, утолщенный и

модульных размеров с технологическими пустотами. Предельные откло-

нения от номинальных размеров не должны превышать по длине ±5, по

ширине ±4, по толщине ±3 мм. Поверхность граней должна быть плоской,

ребра прямолинейными. Допускается выпускать изделия с закругленны-

ми вертикальными ребрами с радиусом закругления не более 15 мм. По

фактуре поверхности (ложковой и тычковой) изделия могут быть глад-

кими и рифлеными. Кирпич не должен иметь механических повреждений

и сквозных трещин (дефектов). На одном кирпиче допускается не более

двух отбитостей ребер и углов, одна сквозная трещина по постели; искрив-

ление ребер и граней кирпича не должно превышать 3 мм. Количество по-

ловняка в партии должно быть не более 5%.

Кирпич должен быть нормально обожжен (кирпич недожженный и

пережженный – брак). Кирпич-недожог имеет красный цвет, пониженную

плотность и морозостойкость, кирпич-пережог темно-бурого цвета, он от-

личается большой плотностью, прочностью и высокой теплопроводностью.

Марку кирпича по прочности устанавливают по значению предела

прочности при сжатии. По прочности кирпичи изготовляют следующих

марок:

• 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 300,

а с горизонтально расположенными пустотами:

• 25, 35, 50, 100.

По морозостойкости насыщенный водой кирпич должен выдержать

не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания; различа-

ется по маркам F15, F25, F35, F50.

Рис.9. Кирпич керамический полнотелый: 1 – постель; 2 - ложок; 3 - тычок

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

139

Плотность кирпича в сухом состоянии 1600...1900 кг/м

, тепло-

проводность 0,7...0,82 Вт/(м·К), водопоглощение не менее 8%. Меньшее

значение водопоглощения свидетельствует о повышенной теп-

лопроводности кирпича, что не желательно.

Масса кирпича в высушенном состоянии должна быть не более 4,3

кг. В кирпиче не допускаются известковые включения («дутики»), вызы-

вающие разрушение кирпича.

Применение. Керамический кирпич применяют для кладки каменных

и армокаменных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, стол-

бов, сводов, печей и дымовых труб, фундаментов, изготовления сборных

стеновых панелей.

Эффективные стеновые материалы применяют с целью снижения

толщины и массы стен, а также улучшения теплотехнических свойств стен

и ограждающих конструкций.

По плотности и теплотехническим свойствам керамические кирпичи

и камни для стен делят на три группы:

• эффективные – плотностью не более 1400...1450 кг/м

с высоки-

ми теплозащитными свойствами;

• условно-эффективные – плотностью 1450...1600 кг/м

;

• обыкновенные – керамический полнотелый кирпич плотностью

свыше 1600 кг/м

Кирпич глиняный обыкновенный – искусственный камень опреде-

ленных размеров, полученный путем пластического или сухого прессова-

ния и обжига глины.

По строению он подразделяется на:

• полнотелый (сплошной);

• пустотелый.

По размерам различают:

• одинарный 250x120x65 мм;

• модульный 250X120X88 мм (изготовляют с пустотами и массой

не более 4 кг).

В зависимости от предела прочности при сжатии кирпич глиня-

ный обыкновенный подразделяется на семь марок: 75, 100, 125, 150,

200, 250 и 300. По морозостойкости кирпич подразделяется на четыре мар-

ки: Мрз 15, Мрз 25, Мрз 35 и Мрз 50.

Свойства: высокие прочность, долговечность, водостойкость, стой-

костью к агрессивным средам, содержащимся в грунтовых и сточных во-

дах, теплостойкость.

Применение – при кладке стен, сводов и других частей зданий, под-

вальных помещений, фундаментов и цоколей зданий, печей и дымовых

труб. Объемная масса и коэффициент теплопроводности глиняного кирпи-

ча несколько ниже, чем силикатного, однако по соображениям теплоза-

щитности стены из него приходится возводить (как и в случае силикатного

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

140

кирпича) большей толщины, чем это необходимо по расчетам на проч-

ность. Такие стены имеют излишнюю прочность, которая полностью не

используется. Большая масса таких стен создаёт значительную нагрузку на

фундамент. Поэтому обыкновенный кирпич стремятся, где это возможно,

заменить на другой, менее теплопроводный. Его часто называют эффек-

тивным.

Кирпич глиняный эффективный, сохраняя достаточную проч-

ность, имеет меньшую объемную массу, большую пористость и луч-

шие теплозащитные свойства, чем обыкновенный.

Различают два основных вида эффективного кирпича: пустотелый и

легковесный. В настоящее время промышленность выпускает одинарные и

модульные кирпичи с 13, 19, 32 и 78 отверстиями (рис. 10).

В зависимости от предела прочности при сжатии кирпич выпускает-

ся четырех марок: 75, 100, 125, 150. Морозостойкость кирпича равна 15.

Свойства: кирпич глиняный легковесный изготовляется из диатомов

(трепелов) с выгорающими добавками или без них или из глины с выго-

рающими добавками. Объемная масса его небольшая и колеблется в пре-

делах 700-1400 кг/м

. Легковесный кирпич выпускается размерами

250х120х5 мм. Прочность его невелика: от 35 до 100 кгс/см

, морозостой-

кость –10.

Применение – наравне с обыкновенным применяется при кладке на-

ружных и внутренних стен зданий, перегородок и других конструкций, за

исключением кладки фундаментов Легковесный кирпич применяется для

кладки стен малоэтажных зданий и для верхних этажей многоэтажных

зданий. Не допускается использование его для кладки фундаментов и цо-

колей ниже гидроизоляции, а также печей и дымовых труб.

Рис 10. Кирпич глиняный пустотелый:

а — кирпич с 13 пустотами; б — кирпич с 19 пустотами; в — кирпич с 32

пустотами; г — кирпич с 78 пустотами

PDF created with FinePrint pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com