будмат 4

Лекція 4. Керамічні матеріали та вироби 

 

     4.1. Керамічні матеріали та їх класифікація 

     4.1.1 Загальні відомості 

     Поряд із природними кам’яними матеріалами у будівництві широкого розповсюдження набули штучні кам’яні матеріали (будівельна кераміка та матеріали на основі в’яжучих автоклавного твердіння). 

     До будівельної кераміки належать штучні кам’яні матеріали, отримані з мінеральної сировини, головним компонентом якої є глина, шляхом формування, сушіння та подальшого випалювання її при високих температурах. Це найстародавніші з усіх штучних кам’яних матеріалів. Наприклад, вік керамічної цегли становить понад 5000 років. 

 

     4.1.2. Класифікація керамічних матеріалів за призначенням 

За призначенням керамічні матеріали й вироби поділяють на такі види: 

- стінові (цегла звичайна, цегла й каміння порожнисті й пористі); 

- для зовнішнього облицювання (цегла лицьова, плитка фасадна); 

- для внутрішнього облицювання (плитка для стін і підлог); 

- покрівельні (черепиця); 

- труби (дренажні й каналізаційні); 

- заповнювачі для легких бетонів (керамзит); 

- санітарно-технічні вироби (ванни, умивальні столи); 

- кислототривкі (труби, цегла, плитки); 

- вогнетривкі матеріали (цегла); 

- дорожня цегла. 

 

     4.1.3. За способом формування 

     За способом формування керамічні матеріали поділяють на матеріали, отримані: 

а) пластичним способом (вологість сировини 20...25 %); 

б) напівсухим способом (8...12 %); 

в) мокрим (шлікерним) способом (45...60 %). 

 

     4.1.4. За структурою черепка 

     За структурою черепка всі види керамічних матеріалів поділяють на дві групи: 

  • пористі (не спечені), які поглинають більше ніж 5 % води за масою (стінові, покрівельні, облицювальні матеріали й ін.); 

  • щільні (спечені), які поглинають не менш як 5 % води за масою (плитка для підлоги, дорожня цегла й ін.). 

 

     4.2. Сировина для виготовлення кераміки 

     4.2.1. Глинясті матеріали 

     Сировиною для виготовлення керамічних матеріалів є різні глинясті гірські породи (глини). Глини утворились внаслідок вивітрювання вивержених гірських порід. Глини є природними водними алюміносилікатами, здатними при замішуванні з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалювання необоротно переходить у каменеподібний стан. 

     Найчистіші глини складаються переважно з мінералу каолініту Al2O3.2SiO2.2H2O і споріднених із ним мінералів. У глинах можуть бути домішки карбонатів, оксидів заліза, кварцу, вапняку й ін., які суттєво впливають на властивості керамічних матеріалів. Наприклад, колір залежить від наявності в глині оксидів заліза; залізна руда знижує температуру плавлення й ін. CaCO3 à CaO à Ca(OH)2. 

 

     4.2.2 Добавки до глин, глазурі та ангоби 

     Для поліпшення технологічних властивостей глин і надання виробам певних фізико-механічних властивостей уводять добавки: 

а) спіснювальні, які знижують пластичність і зменшують повітряну й вогневу усадку (зола ТЕС, пісок і т.д.) 

б) плавні, які знижують пластичність і спікання глини (польові шпати, залізна руда, тальк і т.д.) 

в) пороутворювальні, які підвищують пористість і зменшують масу керамічних виробів (вигоряючі добавки і т.д.) 

г) пластифікуючі, які сприяють підвищенню пластичності глинястої маси й поліпшенню формівності виробів (високопластичні глини, ПАР і т.д.) 

     Для покращення декоративного вигляду й стійкості до зовнішніх впливів поверхню ряду керамічних виробів покривають: 

  а) глазур’ю – легкоплавкі стекла прозорі та непрозорі, безбарвні та забарвлені. Основні сировинні компоненти глазурі – кварцовий пісок, каолін, польовий шпат, солі лужних і лужноземельних металів, оксиди. Глазур у вигляді шлікеру наносять на поверхню виробу і випалюють у печах до розплавлення. 

  б) ангобом – біла або кольорова глина, нанесена на поверхню виробу тонким шаром у вигляді шлікеру і випалена. Ангоб не плавиться і забарвлена поверхня виходить матовою. 

 

     4.2.3. Властивості глин 

     Глинясту сировину для керамічних матеріалів характеризують слідуючими властивостями: 

   1) Гранулометричний склад глини – найдрібніші мінеральні частинки (глинясті) розміром до 0,005 мм; частинки пилу до 0,16 мм; зерна кварцу, слюди та інших мінералів 0,16...5,0 мм. 

   2) Пластичність глини – 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: 

Пл = Wт – Wр, 

де Wт і Wр – 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. 

   3) Усадкою називають зменшення лінійних розмірів та об’єму зразка в процесі сушіння (повітряна усадка, 2...12 %) та випалювання (вогнева усадка, 2...8 %). Повна усадка дорівнює сумі цих усадок і становить (4...20 %); 

   4) За вогнетривкістю глинясту сировину поділяють на класи: 

“О” – вогнетривкі з показником вогнетривкості > 1580 С0; 

“Т” – тугоплавкі, 1350...1580 С0; 

“Л” – легкоплавкі, < 1350 С0; 

   5) Характерною властивістю глин є їхня здатність переходити в каменеподібний стан. Це процес необоротний і випалювання керамічних виробів закінчується при t = 950...1000 С0. При подальшому підвищенні температури глина деформується, плавиться. 

 

     4.3. Загальна технологічна схема виготовлення керамічних виробів 

     4.3.1. Основні етапи виготовлення керамічних виробів 

     Незважаючи на широкий асортимент керамічних виробів, основні етапи виготовлення таких виробів спільні: 

  • видобування сировинних матеріалів у кар’єрі; 

  • підготовка сировинної маси (дрібнення, помел, добавки, зволоження); 

  • формування виробів (сирець); 

  • сушіння; 

  • випалювання; 

  • складування. 

     Переробку сировинної маси та формування виробів залежно від властивостей вихідної сировини й виду виготовлюваних виробів виконують пластичним, напівсухим або шлікерним (мокрим) способом. 

 

     4.3.2. Пластичний спосіб формування 

     Застосовуючи пластичний спосіб формування виробів, глину подрібнюють на вальцях грубого й тонкого помелу, а також піддають переробці в бігунах. Після подрібнення глину подають у глинозмішувач, де вона перемішується з добавками до однорідної пластичної маси і зволожується до вологості 20...25 %. Такий спосіб передбачає формування виробів на стрічкових пресах. Глиняний брус, який виходить з-під преса, розрізають автоматичним різальним апаратом на вироби заданого розміру. Пластичним формуванням виготовляють звичайну та порожнисту цеглу, каміння, керамічні труби.  

 

     4.3.3. Напівсухий спосіб формування 

     За напівсухим способом виробництва глину спочатку подрібнюють і підсушують до вологості 6...8 %, потім подрібнюють у дезінтеграторах, просівають, зволожують порошок парою до 8...12 % і ретельно перемішують у глинозмішувачі. Підготовлену масу пресують на гідравлічних або механічних пресах під тиском 15...40 МПа. Напівсухий спосіб переважає пластичний, оскільки не потребує сушіння виробів. Проте цегла напівсухого пресування має меншу морозостійкість.  

 

     4.3.4. Мокрий (шлікерний) спосіб формування 

     Цей спосіб полягає в тому, що вихідні матеріали подрібнюють разом із водою в кульовому млині при вологості 45...60 % до одержання однорідної маси – шлікеру. Вироби дістають методом лиття або напівсухим пресуванням (облицювальні плитки, плитки для підлоги). 

 

 

     4.3.5. Сушіння та випалювання керамічних виробів 

     Обов’язковою проміжною операцією технологічного процесу виробництва керамічних виробів є сушіння, яке виконують у тунельних сушарках безперервної дії до вологості ³ 5 % для уникнення нерівномірної усадки і розстріскування при випалюванні. 

     Сирець на вагонетках рухається по тунелю назустріч потоку гарячого повітря або димових газів (13...36 год). 

     Випалювання керамічних виробів здійснюють у тунельних печах з автоматичним керуванням. Максимальна температура випалювання цегли та інших стінових керамічних виробів 950...1000 С0 потрібна для спікання керамічної маси. Тунельна піч – довгий канал, у якому вагонетки з виробами проходять три зони: підігрівання, випалювання, охолодження. 

 

     4.4. Вироби з кераміки 

     4.4.1. Стінові матеріали та вироби 

     А) Цегла та керамічне каміння. Застосовують: для мурування зовнішніх і внутрішніх стін, а також для виготовлення стінових панелей. Цегла має такі розміри: 

Вид цегли 

l,мм 

b,мм 

h,мм 

звичайна 

250 

120 

65 

модульна 

288 

138 

63 

Каміння виготовляють таких розмірів: 

Вид каміння 

l,мм 

b,мм 

h,мм 

звичайне 

250 

120 

138 

модульне 

288 

138 

138 

     Цегла може бути повнотілою або порожнистою, а каміння – тільки порожнистим. 

     За зовнішнім виглядом і розмірами цегла та каміння мають задовольняти вимоги ДСТУ. Недопали і перепали не допускаються. Повнотіла цегла повинна мати водопоглинання ³ 8 %, порожниста - ³ 6 %.  

     За середньою густиною у сухому стані цеглу й каміння поділяють на три групи: 

   - ефективні, які поліпшують теплотехнічні властивості стін ( £ 1450 кг/м3); 

   - умовно-ефективні ( £ 1450...1600 кг/м3); 

   - звичайна цегла ( £ 1600 кг/м3); 

     Звичайну цеглу поділяють на марки залежно від границі міцності на стиск: М75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. Теплопровідність цегли = 0,7...0,82 Вт/(м.Ко), морозостійкість – F15, 25, 35, 50. Середня густина суцільної цегли становить 1600...1900 кг/м3. 

     Б) Збірні вироби з цегли та керамічного каміння – виготовляються у вигляді керамічних стінових панелей і блоків для зовнішніх стін на заводах, що дозволяє зробити цеглу індустріальною. 

 

     4.4.2. Вироби для зовнішнього й внутрішнього облицювання будівель 

     А) Вироби для облицювання фасадів: 

  • лицьова цегла й каміння виготовляється методом пластичного формування, або напівсухого пресування з нанесенням фактурного шару чи без нього; мають дві лицьових поверхні – ложкову й тичкову; 

  • двошарова цегла формується з місцевих червоних глин і лише лицьовий шар (3...5 мм) із біловипалювальних глин; 

  • ангобована цегла – лицьова поверхня вкрита ангобом; 

  • глазурована цегла – лицьова поверхня вкрита глазур’ю; 

  • килимово-мозаїчні плитки – для оздоблення внутрішніх і зовнішніх стін житлових і громадських будівель. 

     Б) Плитки для внутрішнього облицювання. 

     Залежно від використовуваної сировини поділяють на два види: 

  • майолікові (легкоплавкі глини +20 % крейди + глазур); 

  • фаянсові (вогнетривкі глини + кварцовий пісок + плавні домішки + глазур). 

     Для внутрішнього облицювання застосовують плитки l = 150 мм в = 25, 50, 75 і 150 мм. Товщина плиток не повинна перевищувати 6 мм, водопоглинання – 16 %. До якості плиток ставляться високі вимоги - правильна геометрична форма, чіткі грані й кути, термічна стійкість і ін. 

     В) Плитки для підлог. 

     Керамічні плитки для підлог можуть бути глазурованими й неглазурованими, з гладенькою чи рифленою поверхнею і повинні мати правильну форму з довжиною грані 50...150 мм, завтовшки 10...13 мм. Їх виготовляють із тугоплавких або вогнетривких глин із забарвлюючими добавками чи без них. Плитки повинні мати високу щільність, водопоглинання до 5 %, підвищений опір щодо стирання. 

 

     4.4.3. Вироби спеціального призначення 

     До керамічних виробів спеціального призначення відносять: 

  • покрівельні керамічні вироби (черепиця); 

  • дорожня цегла; 

  • дренажні труби; 

  • каналізаційні труби; 

  • кислототривкі вироби (цегла, плити, труби); 

  • санітарно-технічна кераміка (ванни, раковини і т.п.); 

  • вогнетривкі вироби (промислові печі, апарати і т.п.).