6.1. Состав, структура и свойства строительной керамики
В общем смысле керамикой принято называть тугоплавкие неорганические неметаллические материалы, обладающие комплексом заданных свойств и полученные путем спекания заранее подобранной шихты или иным способом. В строительстве керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе высокотемпературной обработки (обжига) глинистого сырья с добавками. Различают керамику тонкую (тонкозернистую - фаянс и фарфор) и грубую, или крупнозернистую.
Химический состав керамики: SiO2 – 40…80 %; Аl2О3 – 8…50 %; Fе2O3 – 0…15 %; CaO – 0,5…25 %; MgO – 0…4 %; R2O - 0,3…5 %. В зависимости от состава цвет керамики колеблется от нежно-бежевого до темно-бурого.
Фазовый состав: керамика относится к кристаллическим материалам, однако содержит и небольшое (до 5 %) количество аморфной (стекловидной) фазы. По содержанию газовой фазы (пор) делятся на пористые с водопоглощением по массе более 5 % (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы) и плотные. Минералогический состав полиминеральный: главным образом муллит и кварц, силлиманит и других веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов).
В отличие от плавленых материалов (стекла и металлов), по своему строению керамика относится к классу композиционных материалов, то есть является гетерогенной полимасштабной системой. На макроскопическом уровне керамика состоит из твердофазового скелета, который называют керамическим черепом. В пористых изделиях в твердофазовом скелете размещаются макро- и микропоры, заполненные воздухом и/или влагой. При этом пористость может достигать 90 % (пенокерамика). Спекшийся (плотный) череп имеет только микропоры в небольшом количестве (поэтому его водопоглощение по массе менее 5 % - это клинкерный кирпич, облицовочные плиты). В свою очередь, керамический череп грубой керамики представляет собой композит, в котором пылевидные и песчаные частицы омоноличены остывшим расплавом. Остывший расплав в свою очередь представляет собой микрокомпозиционный материал, состоящий из кристаллических зерен минералов, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов), объединенных в единое целое прослойкой непрерывной стекловидной фазы. Стекловидная, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава. То есть, в отличие от стекла, при производстве керамики в расплав переходит не вся масса, а только небольшая ее часть из глинистых частиц. Собственно стекла в составе керамики не более 5 %, но в основном оно и придает связность этому материалу.
На атомно-молекулярном уровне структура представляет собой совокупность кремнекислородных и алюмокислородных тетраэдров (анионов), объединенных с катионами металлов кальция, магния, железа и т.д.
Истинная плотность керамических материалов 2,5…2,7 г/см3; средняя плотность плотного черепа 2000…2300 кг/м3; теплопроводность абсолютно плотного черепка 1,16 Вт/(м·°С). Водопоглощение керамических материалов в зависимости от пористости меняется в пределах от 0 до 70 %. Теплоемкость керамических материалов 0,75…0,92 кДж/(кг·°С). По сравнению с металлами керамика имеет повышенную огнеупорность вплоть до высшей огнеупорности.
Предел прочности при сжатии самого распространенного представителя строительной керамики составляет от 7,5 до 70 МПа. А прочность технической керамики может достигать 1000 МПа. Прочность при изгибе 0,7…5 МПа - на порядок меньше прочности при сжатии из-за того, что керамика обладает низкой трещиностойкостью. Это главный ее недостаток по сравнению с металлами.
6.2. Основы технологии керамических изделий
Game: Perform tasks and rest cool.6 people play!
Play gameСырьем для производства строительной керамики служит глинистое сырье с добавками или без них. Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. В гранулометрический состав входят глинистые частицы размером до 0,005 мм, пылевидные частицы с размерами зерен 0,005…0,05 мм и песчаные частицы с размерами зерен 0,05…2 мм. Минералогический состав глин: глинистые частицы состоят из вторичных минералов (каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O, монтмориллонит Al2O3·4SiO2·4H2O, гидрослюды); пылевидные и песчаные включают в себя кварц, полевой шпат, слюды и др.
Game: Perform tasks and rest cool.6 people play!
Play gameДобавки к глинам
Для снижения высокой усадки при сушке и обжиге "жирных" глин и предотвращения деформаций и трещин в изделиях в сырье вводят отощающие добавки. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок, череп (брак обожженных изделий).
С целью повышения пластичности "тощих" глин при меньшем расходе воды вводят пластифицирующие добавки. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.
Для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий вводят порообразующие добавки. К ним относятся: выгорающие добавки (древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль, эти добавки являются одновременно и отощающими), газообразователи и пенообразователи.
С целью снижения температуры обжига керамики вводят плавни. К ним относятся: полевые пшаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.
Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.).
Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом. Глазурь - стекловидное покрытие толщиной 0,1…0,2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными) различного цвета. Для изготовления глазури используют: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом. Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.
Подготовка глин и формование изделий
Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта. Разработке карьера предшествуют подготовительные работы: геологическая разведка с установлением характера залегания, полезной толщи и запасов глин; счистка поверхности от растений за год-два до начала разработки, удаление пород, непригодных для производства
.
Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригодна для получения керамических изделий, поэтому глины подготавливают путем естественной и (или) механической обработки. Естественная обработка – вылеживание глины в течение 1-2 лет при увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании. При этом глина измельчается, глинистые частицы разделяются друг от друга. Вымываются вредные примеси. Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок и перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с использованием: глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцов; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграторов, роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глиномешалок, пропеллерных мешалок и др.).
Game: Perform tasks and rest cool.6 people play!
Play gameПеред обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5…6 % во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге. Прежде при производстве кирпича сырец сушили преимущественно в естественных условиях в сушильных сараях в течение 2…3 недель в зависимости от климатических условий. В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца. Сушка производится при начальной температуре теплоносителя - отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха – 120 – 150 °С. Температура в сушилке – около 90 °С.
Обжиг изделий
Game: Perform tasks and rest cool.6 people play!
Play gameЭтот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение.
После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и проч-
ность. Это явление называется спеканием, а свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин.
Обжиг осуществляется, как правило, в печах непрерывного действия (туннельных, раньше – кольцевых) и редко – периодического действия. Кольцевые печи сейчас не строят вследствие большой трудоемкости погрузочно-разгрузочных работ, но существующие еще эксплуатируют.
6.3. Номенклатура и применение изделий строительной керамики По назначению керамические изделия подразделяют на следующие виды:
1. Стеновые для кладки стен: кирпич и камни керамические; крупноразмерные блоки и панели из кирпича и керамических камней.
2. Отделочные (облицовочные) для наружной и внутренней облицовки зданий и сооружений с целью декоративно-художественной отделки и повышения их долговечности: - кирпич и камни лицевые
- крупноразмерные облицовочные керамические плиты
- плитки керамические фасадные и ковры из них
- плитки для внутренней облицовки стен
3. Для полов: метлахские плитки; керамогранит.
4. Кровельные (черепица).
6. Заполнители для бетонов (керамзит, аглопорит).
7. Теплоизоляционные (ячеистая керамика, пенокерамика).
8. Дорожные (клинкерный кирпич, дорожная плитка).
9. Санитарно-технические (умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины).
10. Трубы керамические (канализационные и дренажные).
11. Специальные (кирпич для дымовых труб и кислотоупорные изделия)
Что бы оставить комментарий войдите
Комментарии (0)