Классификация керамических строительных материалов по назначению и по способу формования

Вопросы по дисциплине «Технология строительной керамики» для студентов 4-го курса

Классификация керамических строительных материалов по назначению и по способу формования

По назначению: - стеновые изделия – кирпич, керамические камни и панели из них.

- фасадные изделия – лицевой кирпич, различного рода плитки, архитектурно-художест­вен­ные детали, напорные панно.

- изделия для внутренней облицовки стен – глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки, пояски).

- плитки для пола.

- изделия для перекрытии (балки, панели, специальные камни).

- кровельные изделия (черепица).

- санитарно-строительные изделия – умывальные столы, унитазы, ванны.

- дорожные изделия – клинкерный кирпич.

- изделия для подземных коммуникаций – канализационные и дренажные трубы.

- теплоизоляционные изделия (керамзитокерамические панели, ячеистая керамика, диатомитовые и шамотные легковесные изделия).

- заполнители для бетонов (керамзит, аглопорит).

По назначению керамический кирпич подразделяется на: строительный (рядовой), облицовочный и специальный. Строительный служит для возведения несущих стен и перегородок, которые впоследствии облицовываются, штукатурятся, окрашиваются. Поскольку такой кирпич скрыт за декоративным слоем, требования ГОСТа к его внешнему виду минимальные: лицевая поверхность может быть грубой, шершавой, не иметь однородного цвета, допустимы криволинейность, отколы до 10 мм (не более трех на изделие). Важно, чтобы несущая способность кирпича была достаточной. Для лучшего сцепления с кладочным раствором боковые грани кирпича могут быть рифлеными. Кирпич не должен иметь механических повреждений и сквозных трещин. На одном кирпиче допускается не свыше двух отбитостей ребер и углов размером по длине ребра не более 15 мм. На отдельных кирпичах может быть допущена одна сквозная трещина протяженностью не более 30 мм по ширине кирпича. Кирпич должен быть нормально обожжен, кирпич недожженный и пережженный - брак. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускается известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича. ОБЛИЦОВОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Керамические изделия, применяемые для облицовки зданий, делятся на две группы — для облицовки фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений. Основными видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевые кирпич, камни, плиты и плитки. Кирпич и камни делают сплошными и пустотелыми. Плиты в зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские — для облицовки плоскости стен, угловые — для облицовки наружных углов, откосов и проемов и перемычные — для облицовки перемычек над оконными и дверными проемами. Плитки фасадные малогабаритные выпускают с наружной гладкой и фактурной поверхностью, а на тыльной стороне делают углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Керамические материалы для внутренней облицовки помещений не подвергаются действию отрицательных температур и резких перемен погоды, поэтому они не должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам для внешней облицовки зданий. Однако точность размеров, правильность формы и одинаковая окраска приобретают особо важное значение. Вследствие этого для материалов внутренней облицовки поставлены более жесткие требования по внешнему виду, чем к материалам для наружных работ. Для внутренней облицовки помещений применяют в основном керамические плитки различной формы и толщины. Керамическими плитками для полов настилают полы в вестибюлях общественных зданий, банях, прачечных, санитарных узлах, лечебных помещениях и на предприятиях химической промышленности. Эти плитки практически водонепроницаемы, т. е. надежно защищают несущие конструкции перекрытий от увлажнения, стойко сопротивляются истирающим воздействиям, не дают пыли, легко моются, не впитывают жидкостей и хорошо противостоят действию кислот и щелочей. Специальные кирпич - Санитарно-технические изделия должны обладать высокой механической прочностью и теплостойкостью. Для их изготовления необходимо высококачественное сырье, строгое соответствие массы установленной рецептуре и точное соблюдение технологического режима производства. К санитарно-техническим изделиям относится оборудование санитарных узлов и кухонь жилых, общественных и промышленных зданий. Ассортимент изделий этой группы весьма разнообразен — ванны, умывальники, унитазы, радиаторы и др. Изделия должны иметь правильную форму, без прогибов, искривлений и трещин, равномерный покров блестящей глазури (белой или цветной), устойчивой против образования мелких трещин (цека); при простукивании изделия должны издавать чистый (не дребезжащий) звук, указывающий на обжиг их до соответствующей температуры и отсутствие трещин. Канализационные трубы, изготовляемые диаметром от 150 до 600 м,м, имеют плотный спекшийся черепок. Они покрываются глазурью изнутри и снаружи и отличаются большой устойчивостью к действию агрессивных вод и блуждающих электрических токов.

По способу изготовления различают кирпичи пластического формования или полусухого прессования. По степени пластичности выбирают способ изготовления:Высокопластичные с числом пластичности более 25; Средней пластичности – 15-25; Умереннопластичные – 7-15; Малопластичные – до 7; Непластичные – неспособное при затворении водой давать пластичное тесто. Способы различают по количеству влаги, содержащейся в формовочной массе. Кирпичи, изготовленные методом пластического формования, могут быть полнотелыми и пустотелыми. Первый этап при изготовлении керамических кирпичей — это подготовка сырья. Применение метода пластического формования предусматривает приготовление глиняной массы с содержанием влаги до 20 процентов. Куски глины тщательно измельчаются до размеров 100-150 мм, а затем при помощи вальцов происходит последовательное дальнейшее измельчение глиняной массы (до размеров 1 мм) и удаление мелких каменных вкраплений. Затем в смесителе с фильтрующей решеткой глиняная масса увлажняется и тщательно перемешивается. Количество влаги доводится до 18-25%. В смесителе к глине примешиваются необходимые добавки. И в завершение первого этапа прессами формуется брус, заготовка будущих кирпичей. На втором этапе отформованный брус разрезается на отдельные изделия, так называемый кирпич сырец. Обжигать сразу кирпич сырец нельзя, так как на данном этапе он имеет очень высокое содержание влаги и при обжиге просто потрескается. Поэтому кирпичи сначала сушат, процесс сушки является обязательным. В это время влага, содержащаяся в изделиях, перемещается из внутренних областей к поверхности, вступает в соприкосновение с теплым воздухом и испаряется. В результате испарения воды освобождается место между частицами глины. Происходит уменьшение объема изделий или усадка. Температура сушки и обжига, а также темп роста температуры, играют важную роль в процессе изготовления кирпичей. Влага начинает испаряться при нагреве изделия в диапазоне температур 0-150°C. Когда температура нагрева достигает 70°C, давление водяных паров может достичь критических значений, что в свою очередь приведет к возникновению трещин. Рекомендуемый темп роста температуры 50-80°C в час. При этом скорость испарения влаги с поверхности, не будет опережать скорость парообразования внутри изделия. После завершения сушки кирпичи отправляются на обжиг в специальные печи.Завершающая стадия в процессе изготовления кирпичей методом пластического формования – обжиг. Кирпич сырец отправляется в печь, все еще имея небольшое количество влаги, примерно 8-12%. Поэтому в начале обжига происходит досушивание кирпичей. Затем при температурах 550-800°C начинается дегидратация глинистых минералов. Кристаллическая решетка минералов распадается, в результате теряется пластичность глины, происходит усадка изделия. В диапазоне температур 200-800°C выделяются летучие органические примеси глины и добавки. При этом темп роста температуры обжига достигает значений в 300-350°C в час. Далее некоторое время температуру выдерживают до полного выгорания углерода. Дальнейшее повышение температуры, более 800°C, приводит к структурному изменению изделия. На этом этапе темп увеличения температуры составляет 100-150°C в час — полнотелые кирпичи и 200-220°C в час — пустотелые. После того как достигнута максимальная температура обжига, происходит выдерживание температуры, для равномерного прогрева всего изделия. Затем начинают снижать температуру обжига на 100-150°C. При этом кирпичи еще более усаживаются и деформируются. По достижении температуры ниже 800°C темпы охлаждения достигают значений в 250-300°C в час. Время на обжиг партии изделий при таких условиях составляет примерно 6-8 часов. После обжига структура изделия полностью меняется. Теперь это камневидный предмет, водостойкий, прочный, устойчивый к перепадам температур.

При полусухом прессовании - В отличие от метода пластического формования, при изготовлении кирпича способом полусухого прессования, количество влаги в сформованной массе не превышает 8%, что дает возможность пропустить фазу сушки и сразу перейти к обжигу кирпича. Рассмотрим основные этапы изготовления кирпичей методом полусухого прессования. Первый этап — приготовление пресс-порошка. Пресс-порошок — это дисперсная, глинистая система с низким содержанием влаги. Такой массе не свойственна связанность, что обуславливает ее сыпучесть — скорость стечения через определенное отверстие под действием собственной массы. Для того, чтобы получить максимально уплотненный порошок при минимальном давлении (прессуемость порошка), он должен иметь определенный зерновой состав (гранулометрический) и влажность. В результате приготовления порошка масса должна иметь однородную пофракционную влажность и минимальное содержание пылевидной фракции. При приготовлении керамических порошков. Сушильно-помольный способ предусматривает дробление, сушку, помол, просев и увлажнение глиняной массы. Для дробления используют валковые дробилки. Затем глину перемалывают стержневыми мельницами. После этого она поступает в сушильный барабан. Входящая температура газов в сушильных барабанах должна быть в пределах 600-800°C. Если температура будет ниже, это приведет к увеличению однородности пофракционной влажности, при этом снизиться производительность барабана. Повышение показателя теплового состояния повлечет за собой дегидратацию мелкой фракции глины и уменьшит срок службы входной секции сушильного барабана. Температура выходящих газов находится в диапазоне 110-120°C. Ее увеличение будет означать пересушку глины. Необходимо отметить, сушат глину прямотоком. При осуществлении данного процесса глина перегреется, произойдет частичная дегидратация и, как следствие, потеря пластических свойств. В результате сушки получается масса с влажностью 9-11% и температурой 60-80°С. После сушки глина поступает в стержневой смеситель на помол. Перед этим ее просеивают для отделения крупных зерен и каменистых включений, что предотвращает преждевременный износ стержней смесителя. Не всегда после помола достигается необходимая влажность порошка. Поэтому сушат и перемалывают глину при пониженной влажности. Затем содержание влаги увеличивают паром или распылением воды. Для того, чтобы порошок не переувлажнялся, вода распыляется, а масса его тщательно перемешивается. Увлажнение паром позволяет улучшить качество кирпича. После этого порошок подвергают вылеживанию в бункерах для выравнивания влажности. Второй этап — это прессование. При прессовании керамический порошок проходит несколько стадий. Сначала происходит уплотнение — сближение частиц вещества друг к другу, при этом часть воздуха удаляется. На второй стадии увеличивается поверхность контакта частиц друг с другом путем пластической деформации. При этом на поверхность такой частицы выдавливается влага. Все это приводит к усилению сцепления между частицами вещества. На третьей стадии в результате уплотнения частицы подвергаются упругой деформации. И последняя стадия прессования происходит при очень высоком давлении и вызывает хрупкое разрушение частиц порошка. И, наконец, заключительный этап производства – обжиг. Необходимо отметить, что в сырце при полусухом прессовании коллоидная фракция действует внутри частиц вещества. Поэтому она не цементирует частицы, а агрегирует зерна минералов в глинистую частицу. Как следствие этого, жидкая фаза при обжиге развивается внутри глиняных агрегатов, а на их поверхности образуется малое количество жидкой фазы. Сцепление частиц при этом носит характер контактного спекания. Изделия, изготовленные методом полусухого прессования, имеют низкое сопротивление на изгиб, обладают повышенной водопроницаемостью, низкой морозоустойчивостью. При таком производстве кирпича требуется более высокая температура обжига. Надо учитывать большие потери на брак (10-20%), хотя качество внешнего вида кирпича очень высокое.