Производство и применение облицовочного кирпича

     Общие сведения об облицовочных изделиях 

     Широкое и эффективное применение в современном  строительстве керамических облицовочных материалов определяется качествами их, отвечающими всем требованиям, предъявляемым  к облицовочным материалам.

     Все керамические облицовочные изделия  можно разбить на две группы: для  облицовки фасадов и внешних  стен зданий и для облицовки внутренних стен зданий. Поскольку условия эксплуатации этих материалов различны, то их физико-механические показатели также во многом могут  быть различными. Так, например, изделия  для внешней облицовки должны обладать высокими показателями водонепроницаемости  и морозостойкости, что не обязательно  для изделий внутренней облицовки.

     Внешние стены зданий под воздействием атмосферных  осадков периодически увлажняются, вследствие чего увеличивается теплопроводность стен. Следовательно, облицовочные материалы  должны обладать большой водонепроницаемостью и не допускать проникания воды к  основному материалу стены. Очень  опасно и разрушительно для наружной облицовки совместное действие воды и мороза. Поэтому облицовочные материалы  должны быть морозостойкими и выдерживать  без видимого разрушения многократное замораживание и оттаивание в  насыщенном водой состоянии. Облицовка  должна надежно противостоять механическим воздействиям — удару, сжатию, излому, т.е. обладать высокой прочностью. Кроме того, она должна иметь красивый внешний вид, правильную форму и   хороший   естественный цвет, не меняющийся в течение длительного времени под воздействием различных факторов (солнечный свет, перепад температур, атмосферные осадки, газы, находящиеся в воздухе, и др.)- Весьма важным качеством для облицовочных материалов является простота их укладки в конструкцию стены и надежность крепления.

     Кирпич  и камни лицевые, в настоящее  время являющиеся основными облицовочными  керамическими материалами, делают сплошными и пустотелыми. Лицевая  поверхность их может быть гладкой, рифленой или офактуренной. Рельефное офактуривание поверхности достигается дополнительной обработкой влажного сырца специальными гребенками и рифлеными валиками. Изготовляются они из глин, с добавками или без них, формуются и обжигаются примерно в тех же условиях, как и другие керамические изделия. При облицовке фасадов зданий надежность крепления этих материалов достигается тем, что облицовка ведется одновременно с кладкой стен; таким образом, облицовочные кирпичи и камни служат и конструктивным несущим элементом наряду с обычным стеновым материалом.

     В зависимости от формы и назначения лицевой керамический кирпич и камни  подразделяют на рядовые и профильные. Наиболее часто применяемые материалы  имеют размеры: кирпич лицевой рядовой  и профильный 250X120X65 (90) мм, камень лицевой  рядовой 250 X X 120x140 мм и камень трехчетвертной 185x120x140 мм. Допускаемые техническими условиями отклонения от размеров не должны превышать ±4 для размеров 185 и 250 мм и +3 —2 для размеров 65— 90 мм.

     В зависимости от предела прочности  при сжатии лицевой кирпич и камни  подразделяются на четыре марки: 150, 125, 100 и 75. Морозостойкость изделий для  внешней облицовки должна быть не менее 25 повторных циклов замораживания  и оттаивания, водопоглощение не менее 6%. Не допускаются в кирпиче и камне трещины, а также пятна, выцветы и загрязнения на лицевой поверхности, видимые на расстоянии 10 м.

     Промышленностью выпускается специальный водоупорный  глазурованный кирпич с водопоглощением не более 5% для облицовки бассейнов, водоемов и других подобных сооружений.

     Для облицовки зданий (карнизов, тяг, поясков) вырабатывают профильные изделия десяти типов, размеры которых указаны  в ГОСТ 7484—55 (переизданном в 1959 г ).

     Общая технологическая  схема производства керамических изделий   

     Несмотря  на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого  материала, основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделий (сырца), сушки сырца, обжига изделий, обработки  изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.

     •          Добычу сырья осуществляют иа карьерах открытым способом — экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или транспортерами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки. Заводы по производству керамических материалов, как правило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода.

     •          Подготовка сырьевых материалов состоит  из разрушения природной структуры  глины, удаления или измельчения  ( 3.1) крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой  глиняной  массы.

     •          Формование керамической массы в  зависимости от свойств исходного  сырья и вида изготовляемой продукции  осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами. При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8... 12% подают на формование. При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель ( 3.2), где она перемешивается с отощающими добавками до получения однородной пластичной массы влажностью 20...25%. Формование керамических изделий при пластическом способе осуществляют преимущественно на ленточных прессах. При полусухом способе глиняную массу формуют на гидравлических или механических прессах под давлением до 15 МПа и более. По шликер-ному способу исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60%) до получения однородной массы — шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получаемых способом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках.

     Современный период развития производства строительной керамики характеризуется интенсификацией  технологических процессов, комплексной  механизацией, конвейеризацией и  автоматизацией производства. В этой связи важную роль отводят разработке новой технологии получения пресс-порошка в распылительных сушилах, сущность которой заключается в совмещении процессов обезвоживания, дробления и сепарации. Сушильная   камера   представляет   собой   металлический   цилиндр, заканчивающийся внизу конусом, который служит для сбора готового продукта. Отличительными особенностями сушила яр-ляются распыление керамической суспензии пучком форсунок при давлении 1,0...1,2 МПа и снижение давления газа внутри сушильной башни. В СССР эксплуатируются распылительное сушила Минского комбината строительных материалов и НИИ-стройкерамики ( 3.3). Обезвоживание керамических масс в распылительных сушилах позволило в 3,5 раза повысить производительность труда и в 1,5 раза сократить капитальные затраты.

     • Обязательной промежуточной операцией  технологического процесса производства керамических изделий по пластическому  способу является сушка. Если же сырец, имеют й высокую влажность, сразу после формования подвергнуть обжигу, то он растрескивается. При сушке сырца искусственным способом в качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигательных печей, а также специальных топок. При изготовлении изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, образуемый в калориферах. Искусственную сушку производят в камерных сушилах периодического действия или туннельных сушилах ( 3.4) непрерывного действия.

     • Процесс сушки представляет собой  комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменом между материалом и окружающей средой. В результате происходит перемещение влаги из внутренней части изделий на поверхность и испарение ее. Одновременно с удалением влаги частицы материала сближаются и происходит усадка. Уменьшение объема глиняных изделий при сушке происходит до определенного предела, несмотря на то, что вода к этому моменту полностью еще не испарилась. Для получения высококачественных керамических изделий процессы  сушки   и обжига  должны осуществляться  в строгих режимах.  При   нагревании   изделия в интервале температур 0...150°С из него удаляется гигроскопическая влага. При температуре 70°С давление водяных паров внутри  изделия   может   достигнуть   значительной   величины,   поэтому   для предупреждения трещин температуру следует поднимать медленно (50...80°С/ч), чтобы скорость порообразования внутри материала не опережала фильтрации  паров через ее толщу.

     • Обжиг является завершающей стадией  технологического процесса. В печь сырец поступает с влажностью 8...12%, и в начальный период происходит его досушивание. В интервале  температур 550... 800°С идет дегидратация глинистых минералов и удаление химически связанной конституционной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка минерала и глина теряет пластичность, в   это   время   происходит  усадка изделий.

     При температуре 200...800°С выделяется летучая часть органических примесей глины и выгорающих добавок, введенных в состав шихты при формовании изделий, и, кроме того, окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения. Этот период характерен весьма высокой скоростью подъема температур — 300...350° С/ч, а для эффективных изделий — 400...450°С/ч, что способствует быстрому выгоранию топлива, запрессованного в сырец. Затем изделия выдерживают при этой температуре в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода.

     Дальнейший  подъем температуры от 800°С до максимальной связан с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительным структурным изменением черепка, поэтому скорость подъема температуры замедляют до Ю0...150°С/ч, а для пустотелых изделий — до 200...220°С/ч. По достижении максимальной температуры обжига изделие выдерживают для выравнивания температуры по всей толще его, после чего температуру снижают на Ю0...150°С, в результате изделие претерпевает усадку и пластические деформации.

     Затем интенсивность охлаждения при температуре  ниже 800°С увеличивается до 250...300°С/ч и более. Ограничением спада температуры могут служить лишь условия внешнего теплообмена. При таких условиях обжиг кирпича можно осуществить за 6...8 ч. Однако в обычных туннельных печах скоростные режимы обжига не могут быть реализованы из-за большой неравномерности температурного поля по сечению обжигательного канала. Изделия из легкоплавких глин обжигают при температуре 900...1100°С. В результате обжига изделие приобретает камневидное состояние, высокие водостойкость, прочность, морозостойкость и другие ценные строительные качества.

     Керамические  изделия вследствие их разнообразия изготовляют разными технологическими приемами, но основные этапы их производства примерно одинаковы и состоят  из добычи глины, подготовки массы для  формования, формования сырца, сушки  и обжига   изделий.

     Добыча  глины, подготовка керамической  массы  и формование изделий.

     В большинстве случаев глину добывают открытым способом, для чего используют одно- или многоковшовые экскаваторы, скреперы и другие механизмы. На завод  глину доставляют рельсовым транспортом, автотранспортом, ленточными транспортерами, подвесными дорогами, люлечными конвейерами.

     Карьерная глина обычно непригодна для получении изделий. Поэтому технология любого керамического изделия начинается с приготовления так называемой керамической, или рабочей, массы. Цель этой стадии производства — разрушить природную структуру глиняного сырья, удалить из него вредные примеси, крупные куски измельчить, а затем обеспечить равномерное смешивание всех компонентов с водой до получения однородной и удобоформуемой керамической массы. В зависимости pi вида изготовляемой продукции и свойств исходного сырья керамическую массу получают пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами. В связи с этим выбирают и способ формования изделий — пластическое формование, полусухое или сухое прессование, литье.

     При пластическом способе подготовки массы  и формования исходные материалы  при естественной влажности или  предварительно высушенные смешивают  друг с другом с добавкой воды до получения теста. Влажность получаемой массы колеблется от 15 до 25 % и более. Подготовленная глиняная масса поступает в формующий пресс, чаще всего в ленточный обычный или снабженный вакуум-камерой (3.3). Разрежение способствует удалению воздуха из глины и сближению ее частиц, что повышает однородность и формуемость массы и прочность сырца. Глиняный брус требуемого сечения, выходящий через мундштук пресса, разрезают резательным аппаратом на изделия (сырцовые изделия). Пластический способ подготовки массы и формования наиболее распространен при выпуске массовых материалов (кирпича сплошного и пустотелого, камней, черепицы, облицовочных плиток и т. п).

     При полусухом способе подготовки сырьевые материалы вначале подсушивают, дробят, размалывают в порошок, а  затем перемешивают и увлажняют  водой или, что лучше, паром, так  как при этом облегчается превращение  глины в однородную массу, улучшаются ее набухаемость и формовочная способность. Керамическая масса представляет собой малопластичный пресспорошок с небольшой влажностью: 8..Л2 % при полусухом и 2...8 % (чаще 4...6%) при сухом способе формования. Поэтому изделия из таких масс формуют под большим давлением (15...40 МПа) на специальных автоматических прессах. Изделия после прессования иногда можно сразу обжигать без предварительной сушки, что ведет к ускорению производства, сокращению расхода топлива и удешевлению продукции. В отличие от пластического способа формования можно использовать малопла-стнчные глины, что расширяет сырьевую базу производства. Полусухим способом прессования изготовляют кирпич сплошной и пустотелый, облицовочные плитки, а сухим способом — плотные керамические изделия (плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора).