Искусственные обжиговые материалы

СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

К У Р С ЛЕКЦИЙ

по дисциплине:

Строительные материалы и Архитектурное материаловедение                  по теме                                                                                                              «Керамические материалы»

для студентов, обучающихся по специальностям:

270101, 270802

 

                                                             Методические рекомендации

                                                      рассмотрены и одобрены

                                                                     на заседании цикловой комиссии

_____________________________

                                                                   протокол №  от       2010г.

 

Санкт-Петербург

2010 год.

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

 

КОЛЛЕДЖ

СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВА

 

    Преподаватели:     Т. М. Погодина

                                       Т. А. Куркина

 

    Предметы: «Строительные материалы»

                             «Архитектурное материаловедение»

 

Cанкт - Петербург

2010 год.

Содержание

1. Определение и классификация керамических материалов          4      

 

2.Сырье для получения керамических материалов и изделий       4

 

3.Производство керамических материалов и изделий                   5

 

4. Стеновые керамические материалы и изделия                             7

 

5. Керамические трубы                                                                               10

 

6. Керамические изделия для наружных и внутренних облицовок 11

 

7.Керамические изделия специального назначения                        14

 

8. Приложение 1. Рисунки                                                                16

 

9. Используемая литература                                                                      20

 

Искусственные обжиговые материалы

 Керамические материалы и их классификация

    Керамическими называют изделия и материалы, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и обжига при температуре 900-1300⁰С. В результате обжига глиняная масса превращается в «искусственный» камень, обладающий высокой прочностью и плотностью, водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и долговечностью.

    Высокая прочность, долговечность и большой ассортимент изделий дают возможность широко использовать их во всех частях зданий и сооружений – от фундамента до кровли, поэтому в зависимости от назначения керамические материалы и изделия можно разделить на следующие группы:

    стеновые материалы и изделия – кирпич обыкновенный пластического формования и полусухого прессования, кирпич и плиты пустотелые и пористопустотелые, камни пустотелые пластического формования, кирпич строительный легкий, крупные блоки из кирпича и камней, панели из кирпича и камней;

    отделочные материалы – кирпич и камни лицевые (фасадные), плитки облицовочные фасадные натурального цвета, ангобированные, глазурованные, фаянсовые плитки и встроенные детали для облицовки внутренних стен, разные отделочные материалы;

    материалы для перекрытий и покрытий – камни пустотелые ненесущие и несущие, балки, балочные настилы, панели для перекрытий и покрытий, керамические доски;

    кровельные материалы – черепица ленточная, штампованная, коньковая и специальной формы;

    материалы для полов и дорог – кирпич и плиты клинкерные, плитки для полов;

    теплоизоляционные материалы и заполнители для легких бетонов – керамзитовый гравий, пустотелый гравий, аглопорит, вспученные перлитовые щебень и песок, вспученный вермикулит, укрупненные легкие изделия на основе вспученных материалов;

    изделия и материалы различного назначения – трубы, санитарно- технические изделия, огнеупорные материалы, кислотоупорные изделия, электроизоляционные изделия, отопительные радиаторы, кафель печной, фасонные строительные изделия, керамический щебень.

 

 Сырье для получения керамических материалов и изделий

    Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются различные глины, а также шамот, кварцевый песок, шлак.

    Для придания керамическим изделиям характерных свойств в глину вводят различные добавки.

    Отощающие добавки. В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (28%) и которые поэтому дают большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15 %), необходимо вводить отощающие добавки, т. е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает усадку (до 2-6%).

    В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения: кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы и делают более легким технологический процесс производства и устраняют брак.

    Выгорающие добавки. Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки: древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит, глинистый мергель (в молотом виде).

    Специальные добавки. При изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий используют молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник и др.

 

 Производство керамических материалов и изделий

    Производство керамических материалов и изделий состоит из следующих основных процессов: добыча глины в карьерах; подготовки массы; формование изделий; сушки сформованных изделий; обжига.

    Подготовка массы. Заключается в обогащении, дроблении, тонком помоле материалов, увлажнении и перемешивании массы. Подготовленные материалы керамической массы тщательно смешивают. Различают три способа приготовления керамической массы: пластический, полусухой и шликерный.

    Пластический способ формования керамической массы более приемлем при использовании глин с повышенной влажностью (18-23%), хорошо размокаемых в воде. Таким способом получают обыкновенный кирпич, пустотелые изделия, трубы и т. д. Пластическое формование при производстве черепицы, электроизоляторов, капселей осуществляют способом штамповки в гипсовых и металлических формах.

    Полусухой способ прессования применяется при плотной структуре глиняного сырья и низкой исходной влажности (8-12%). Из полусухих порошкообразных масс изделия формуют на прессах высокого давления (10-30 МПа и более). Эти изделия обладают в сырце большой прочностью и точностью размеров, характеризуются низкой усадкой при обжиге.                      Из порошкообразных масс изготовляют обыкновенный пустотелый кирпич, керамические камни и плитки.

    Шликерный способ применяется в тех случаях, когда необходимо достигнуть особо тщательного смешивания исходных компонентов (фарфоро-фаянсовое производство, облицовочные плитки) при их влажности 30-35%. Шликеры применяют для облицовки сложных по конфигурации и тонкостенных изделий (санитарно-техническая, декоративная, химически стойкая керамика и др.). Метод основан на свойстве гипсовых форм впитывать в себя часть воды из залитого в них шликера. Отдавая влагу, изделия дают усадку и легко отделяются от форм.

    Изделия, отформованные пластическим и шликерным способами, необходимо сушить. При полусухом способе формования изделия имеют незначительную влажность, которая при обжиге не вызывает растрескивания, поэтому необходимость в сушке отпадает.

    Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, связанный с испарением влаги с поверхности изделия, перемещением влаги из его внутренней части к поверхности и теплообменом между материалом и окружающей средой. Длительность сушки зависит от скорости перемещения влаги в изделиях от внутренних к наружным слоям, а последнее определяется размерами капилляров и вязкостью воды.

     Существует два способа сушки: естественная и искусственная.

    Для естественной сушки изделий используют сушильные сараи (навесы), в которых на ровном, хорошо уплотненном поле или на стеллажах устанавливают сырые изделия. Длительность сушки во многом зависит от   температуры, влажности и подвижности наружного воздуха и климатических условий района и составляет 6-15 суток.

     Поскольку естественная сушка характеризуется сезонным циклом производства, в настоящее время даже на небольших предприятиях применяют искусственную сушку в сушилках периодического илинепрерывного действия. В качестве источника тепла используют газы обжиговых печей или горячий воздух.

    Дополнительные расходы на искусственную сушку изделий полностью окупаются резким сокращением цикла производства, когда срок сушки изделий в искусственных сушилках не превышает 70 часов ( а в большинстве случаев он меньше).

    Обжиг изделий – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырых изделий, собственно обжиг и регулируемое охлаждение изделий. В первом периоде из обжигаемых изделий удаляется гигроскопическая и гидратная вода, частично разлагаются карбонаты, сгорают органические примеси и равномерно прогревается вся масса изделия. В начале нагревания при 100-120⁰С удаляется физически связанная вода, в температурном интервале 450-650⁰С – химически связанная вода, причем глинистые минералы разрушаются, и глина переходит в атмосферное состояние. Дальнейшее повышение температуры обжига приводит к расплавлению части материала, в результате чего происходит спекание массы и образование керамического черепка. Этому процессу соответствует температура 800-1000⁰С для легкоплавких глин и 1150-1200⁰С для тугоплавких. Температурный режим и длительность обжига зависят от состава шихты. При повышении температуры обжига получают изделия с большей механической прочностью, однако чрезмерное повышение температуры может вызвать деформацию изделий.

    После обжига изделия охлаждают, недопустим резкий перепад температур и доступ холодного воздуха, так как это влечет за собой образование трещин. В начальной стадии температуру снижают медленно, и лишь после достижения 650⁰С процесс охлаждения можно ускорить.

    Сортировка и хранение керамических изделий. При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог и пережог. Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТ. После сортировки изделия направляют на склад, где хранят до отправки на строительство. Кирпич и керамические камни укладывают в елочные пакеты или поддоны и хранят на открытых площадках. Облицовочные плитки рассортировывают по цветам и размерам, упаковывают в ящики и хранят в закрытых складах. Санитарно-технические изделия, прошедшие сортировку и комплектование арматурой, упаковывают в специальные ящики и хранят в закрытых складах.

 

 Стеновые керамические материалы и изделия

    Среди стеновых керамических материалов и изделий наиболее распространены керамический кирпич и керамические камни.

    Керамический кирпич – искусственный камень в форме прямоугольного параллелепипида, является самым древним искусственным строительным материалом. За тысячелетия он практически не изменил ни формы, ни фактуры. Машинные способы производства привели к различным модификациям кирпича, увеличению его размеров (рис. 1), что придает наиболее выразительный наружный вид зданиям и их интерьерам.

    Небольшой размер кирпича обыкновенного объясняется двумя причинами. Во-первых, масса кирпича, укладываемого вручную, не должна превышать 4 кг и во-вторых, получение крупного массивного керамического изделия затруднительно, так как сушка и обжиг таких изделий протекают долго и как правило, сопровождаются большими деформациями и растрескиванием изделий.

    Поэтому для уменьшения массы и толщины наружных стен вместо обычного кирпича применяют керамические камни (изделия конструктивного назначения, имеющие размеры больше кирпича), которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают нормальной прочностью.

    Кирпич и камни должны иметь форму прямоугольного параллелепипида с прямыми ребрами и углами, равными гранями. Предел прочности при сжатии и изгибе, форма, размеры и расположение пустот в кирпиче и камнях должны соответствовать требованиям стандарта

 (ГОСТ 530-2007)

    В зависимости от марки по морозостойкости ( F25, F35, F50, F75, F100) кирпич и камни в насыщенном водой состоянии должны выдерживать без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашивание) не менее соответственно 25, 35,50,75 и 100 циклов замораживания и оттаивания.

 

 

 

Рис.1. Керамический обыкновенный кирпич

пластического формования (а) и полусухого прессования (б):

1 – постель; 2 – ложок; 3 - тычок

 

    Водопоглощение рядовых изделий должно быть не менее 6,0 %, лицевых изделий – не менее 6,0 % и не более 14,0 %

    Кирпич керамический обыкновенный применяют для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий. Из него изготовляют кирпичные панели.

    Пустотелый кирпич применяют для наружных и внутренних стен зданий, а также в цоколях зданий выше гидроизоляционного слоя. Нельзя использовать его для фундаментов и цоколей зданий ниже гидроизоляционного слоя и для стен помещений с повышенной влажностью (бань, прачечных). Легкий кирпич используют для наружных и внутренних стен зданий с нормальной влажностью помещений.

- По прочности изделия (кроме кирпича и камня с горизонтальными пустотами) подразделяют на марки: М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300;

- По морозостойкости изделия подразделяют  на марки: F25, F35, F50, F75,F100

- По показателю средней плотности подразделяют на классы: 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0.

- По теплотехническим характеристикам изделия в зависимости от класса средней плотности подразделяют на группы в соответствии c табл. 1.

 

    Таблица 1 – Группы изделий по теплотехническим характеристикам

 

Класс средней плотности изделия	Группы изделий по теплотехническим  характеристикам
0,8	Высокой эффективности
1,0	Повышенной эффективности
1,2	Эффективные
1,4	Условно-эффективные
2,0	Малоэффективные (обыкновенные)

 

    Таблица 2 – Основные (номинальные) размеры изделий

 

Вид изделия	Обозначение вида	Номинальные размеры			Обозначение размера
		Длина	Ширина	толщина
Кирпич нормального формата(одинарный)	КО	250	120	65	1НФ
Кирпич «Евро»	КЕ	250	85	65	0,7 НФ
Кирпич утолщенный	КУ	250	120	88	1,4 НФ
Кирпич модульный одинарный	КМ	288	138	65	1,3 НФ
Кирпич утолщенный с горизонтальными пустотами	КУГ	250	120	88	1,4 НФ
Камень	К	250 288 288 288 250 250	120 288 138 138 250 180	140 88 140 88 140 140	2,1 НФ 3,7 НФ 2,9 НФ 1,8 НФ 4,5 НФ 3,2 НФ
Камень крупноформатный	КК	510 398 380 380 380 380 250	250 250 250 255 250 180 250	219 219 219 188 140 140 188	14,3 НФ 11,2 НФ 10,7 НФ 9,3 НФ 6,8 НФ 4,9 НФ 6,0 НФ
Камень с горизонтальными пустотами	КГ	250	200	70	1,8 НФ

 

 

 

 

    Предельные отклонения номинальных размеров не должны превышать на одном изделии, мм:

    - по длине:

    кирпича и камня (кроме крупноформатного камня)   4,

    - по ширине:

    кирпича и камня (кроме крупноформатного камня)   3,

    - по толщине:

    кирпича лицевого                                                           2,

    кирпича рядового                                                           3.

    Отклонения от плоскости граней изделий более 3 мм не допускается.