Строительная керамика

 

Содержание

 

 
1. Введение

В настоящее время промышленностью  строительных материалов производится широкая номенклатура керамических материалов и изделий. Среди них можно выделить два основных вида керамических изделий: это  изделия грубой строительной керамики и изделия тонкой керамики.

К тонкой строительной керамике относятся  изделия, имеющие плотный спекшийся или мелкопористый черепок однородной структуры, сопутствующим признаком этой разновидности керамики являются более сложная обработка сырья и тщательная отделка поверхности изделий, которые подразделяются на фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые.

Все эти разновидности тонкой керамики применяют для производства облицовочной плитки и санитарно-технических изделий.

К грубой строительной керамике относятся изделия, имеющие в изломе грубозернистое (макронеоднородное) строение: стеновые и кровельные материалы,  канализационные трубы и некоторые другие.

К стеновым керамическим  изделиям относят глиняный строительный кирпич и керамические камни.

Согласно ГОСТ 530-54 кирпич глиняный обыкновенный представляет собой искусственный камень, имеющий форму параллелепипеда размером 250/120/65 мм., изготовленный из глины, с добавками или без них, и обожженный. Все керамические изделия конструктивного назначения, имеющие размеры больше кирпича, называют  керамическими  камнями.

Кирпич является одним из наиболее древних искусственных строительных материалов, его возраст составляет примерно 5000 лет.

 Выпуск всех стеновых материалов  учитывают в «условном кирпиче», под  которым  понимают  объем, равный  1 кирпичу стандартных размеров-2 дм³.  

Стеновая керамика (кирпич керамический рядовой, пустотелый, легкий, керамические камни и др.) предназначена для возведения несущих наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков.

В зависимости от линейных размеров различают следующие виды этих изделий.

кирпич	250x120x65  мм
кирпич утолщенный	250x120x88  мм
кирпич модульных размеров	250x138x63  мм
камень	250x120x138 мм
камень модульных размеров	288x138x138 мм
камень укрупненный	250х250х138 мм
камни с горизонтальным расположением пустот	250x250x120 мм     250x200x80 мм

Он может быть полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Пустотелые изделия выпускают со сквозными или несквозными пустотами круглой или овальной формы, количество которых может быть   13, 19, 32, 78 при пластическом и 8 или 18 при полусухом прессовании.

По теплотехническим свойствам  и средней плотности в высушенном до постоянной массы состоянии кирпич и камни делятся на эффективные с плотностью до 1400 кг/м3 для кирпича и до 1450 кг/м3 для камней; условно эффективные с плотностью свыше 1400 кг/м3 для кирпича и свыше 1450 кг/м3 для камней, но не более 1600 кг/м3; обыкновенный кирпич полнотелый и пустотелый с плотностью выше 1600 кг/м3.

 По прочности кирпич и  камни подразделяются на марки  (75; 100; 125; 150; 175; 200; 250; 300), которые устанавливаются  по величине средних значений пределов прочности при изгибе и сжатии, полученных при механических испытаниях, предусмотренных ГОСТ серии образцов.

По морозостойкости кирпич имеет  четыре марки: 15; 25; 35; 50.

По способу формования стеновая керамика делится на изделия, получаемые пластическим (экструзионным) формованием и полусухим прессованием (штампованием в формах).

Переход на выпуск пустотелых керамических кирпичей взамен сплошного кирпича  дает большой экономический эффект как в производстве ,так и в  применении: понижается расход сырья и топлива ,повышается производительность сушилок и печей, снижаются транспортные расходы на перевозку изделий. Использование пустотелых изделий с повышенными теплозащитными свойствами  дает возможность сократить толщину наружных стен и облегчить фундаменты.

Основным сырьем для производства изделий стеновой керамики являются легкоплавкие глины. Диапазон их гранулометрического и химического состава  более узок, чем для обыкновенного кирпича. Число пластичности их должно быть в пределах 15-25,причем  чем выше процент пустотности и меньше толщина  стенок ,тем большей пластичностью должны обладать глины. Содержание каменистых включений не должно превышать 3%. В качестве сырья для производства керамического кирпича и камней в могут использоваться глины а так же в качестве основного сырья могут использоваться отходы угледобычи углеобогащения и золошлаковые смеси ТЭС соответствующего химического и минералогического состава и технологическими свойствами.

По происхождению глины относятся  к мелкообломочным осадочным породам, состоящим из частиц минералов в виде фракции (1—0,01 мк) и имеющим гидроалюмосиликатный химический состав.

Минеральный состав глин неоднороден, но во всех случаях преобладающими являются глинистые минералы, преимущественно кристаллические. Выделено более 12 глинистых минералов, отличающихся или по составу, или по кристаллической структуре. Они подразделяются на четыре главные группы: монтмориллонитов, каолинитов, гидрослюд и хлоритов. Наиболее часто встречаются глины с полиминеральным составом — каолинито-гидрослюдистые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-гидрослюдистые, гидрослюдисто-бейделлитовые и др.

Наряду с глинистыми минералами в составе глин присутствуют многочисленные неглинистые минералы, количество которых колеблется в широких пределах.

Обычно в глинах имеется примесь  кварца в виде зерен скатанной формы, часто окрашенных, и тюлевых шпатов преимущественно в виде ортоклаза и микроклина.

Нередко в глинах встречаются примеси  карбонатов кальция и магния в  тонкодисперсном состоянии или  же в виде крупных включений, которые  при недостаточном измельчении после обжига вызывают разрушение изделий.

Вредной смесью в глинах являются растворимые соли—сульфаты и хлориды, вызывающие выцветы на изделиях. Наиболее вреден сульфат натрия, растворимые соли которого выступают в виде белого соляного налета на поверхности глиняных изделий, что не только ухудшает их внешний вид, но и исключает возможность оштукатуривания стен.

Дают выцветы желтоватого цвета  растворимые соли ванадия, находящиеся в глинах а нерастворимом состоянии, но переходящие в раствор после прокаливания до 1100^оС.

Органическое вещество встречается в глинистых материалах в виде остатков растительности размером от крупных кусков до частиц коллоидного размера

и в виде органических молекул, адсорбированных  на частицах глинистых минералов. Органическое вещество, даже в небольших количествах, окрашивает их в темно-серые цвета.

Главными химическими  компонентами глин являются SiO₂ (30—70%), А1₂О₃ (10—40%) и Н₂О (5—15%), В меньших количествах присутствуют ТiO₃, Fe₂O₃, FeO, MnO, MgO, CaO, K₂O, Na₂O, причем содержание F₂O₃ за счет уменьшения содержания глинозема иногда может достигать 22%, а СаО и MgO—25%. Из других компонентов в связи с наличием неглинистых минералов — примесей в химическом составе глин содержатся обычно SO₃, СO₂, Р₂O₅, S, С.

Все важнейшие физико-химические и технологические свойства глин и глинистых пород зависят главным образом от совокупности минералогического, гранулометрического и химического составов.

Наиболее характерным  свойством, определяющим возможность  применения глин, является пластичность, обусловленная в основном минералогическим составом и степенью дисперсности глин, а также присутствием коллоидных веществ и способностью удерживать те или иные количества воды.

Наибольшей пластичностью  обладают тонкодисперсные монтмориллонитовые глины, насыщенные ионами натрия. За ними в порядке снижения степени пластичности следуют монотермитовые, наиболее тонкодисперсные каолинитовые и гидрослюдистые глины.

По зерновому (гранулометрическому) составу сырье классифицируется как высокодисперсное, если в его составе содержится больше 85% фракции менее 0,01 мм и , больше 60% фракции менее 0,01 мм и от 20 до 60% фракции менее 0,001 мм, и грубодисперсное, если содержание тех же фракций менее 40 и 20%.

Дисперсность глин влияет на такие технологические свойства, как пластичность, усадка, связность. Дисперсная глина, как правило, более пластична и обладает большим количеством воды затворения. Зерновой состав не является достаточным критерием для оценки свойств глин, но весьма важен для характеристики свойств глин в совокупности с другими показателями.

Наличие в составе  глины большого количества частиц менее 0,001 мм свидетельствует о высоком содержании глинистого вещества, в то же время не может быть прямой зависимости между количественным содержанием глинистой фракции (частиц менее 0,001 мм) и основными керамическими свойствами сырья, так как глинистая фракция может отличаться по минералогическому составу глинистого вещества.

По степени огнеупорности  глины подразделяются на огнеупорные (1580°С и выше), тугоплавкие (1580— 1350°C) и легкоплавкие (температура плавления ниже 1350°С).

Наиболее огнеупорными являются каолинитовые, монотермитовые и каолинито-гидрослюдистые глины. При понижении содержания каолинита огнеупорность глин уменьшается и они переходят в класс тугоплавких. Монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины смешанного состава, состоящие из этих минералов, относятся к легкоплавким.

Наличие в составе  глин свободных гидратов глинозема повышает огнеупорность, а присутствие легкоплавких примесей плавней ее понижает.

Важным свойством глин является спекаемость — способность при обжиге спекаться в камнеподобное твердое тело («черепок») с высокой механической прочностью. Степень спекания зависит от вещественного состава глинистой массы, ее гранулометрического состава, режима и газовой среды обжига. Интервал спекания легкоплавких глин обычно находится в пределах 40—80°С (тугоплавкие и огнеупорные глины имеют более широкий интервал спекания).

Цвет глины зависит  от ее минералогического состава; близкие к мономинеральным обычно имеют светло-серый или белый, иногда светло-зеленоватый, голубоватый или зеленый. Безводные окислы железа,, окрашивают глину в розовый и красный цвет, а водные — в желтый и бурый.

Закисные соединения железа придают глинам синеватые и зеленоватые тона, окислы марганца — буроватый цвет.

Органические примеси  окрашивают глины в темно-серый и черный цвета. При обжиге глины изменяют окраску вследствие выгорания органических Примесей, перехода закисных соединений в окисные, обезвоживания водных соединений и т. д.

По цвету обожженного   черепка различают    глины:

• темножгущиеся — с красным, малиновым и коричневым черепком;
• светложгущиеся — с кремовым, светло-желтым и светло-розовым черепком;
• беложгущиеся — с белым черепком.

Современное производство строительной керамики ориентируется  на высокую степень автоматизации и интенсификации процессов, что требует стабильности свойств сырьевых материалов. Этим вызывается необходимость тщательной корректировки состава формуемой массы за счет введения в нее добавочных компонентов, обеспечивающих необходимые технологические свойства шихты.

В производстве стеновой керамики кроме пластического формования и полусухого прессования из порошкообразных масс иногда используют так

называемые комбинированные  способы, когда, например, подготовка массы  осуществляется по порошковой технологии (сухой), а формование - по пластической шликерный же метод в производстве кирпича практически не используется. Кирпич может изготавливаться с применением сезонной технологии, когда заводы работают только в летнее время, с естественной сушкой сырца, и круглогодовой, когда предприятия работают непрерывно в течение всего года, останавливаясь лишь на капитальный ремонт.

В производстве кирпича  наряду с легкоплавкими используются тугоплавкие, а также огнеупорные глины обычно в смеси с легкоплавкими или тугоплавкими. Легкоплавкие глины и глинистые породы раз личных генетических типов (от кембрийских, девонских до современных) широко распространены на всей территории страны.

Месторождения огнеупорных  и тугоплавких гли встречаются  значительно реже и по территории страны распространены неравномерно.

В природе весьма редко  встречаются глины, которые удовлетворяли  бы всем необходимым требованиям  из  которых без тщательной обработки и корректировки добавками можно было бы получить кирпич и камни требуемого качества. Поэтому немаловажное значение в технологии производства керамических изделий имеют различные добавки с помощью которых глинистому сырью придаются необходимые свойства.

В качестве добавок к  глинам при изготовлении кирпича  используют кварцевый песок, шамот, дегидратированную глину, керамзитовый песок, а также золошлаковые смеси из гидроотвалов ТЭС, отходы углеобогащения, твердое бессернистое топливо и др.

Песок позволяет снизить  влажность массы и усадку, повысить температуру деформации изделий при обжиге. В зависимости от свойств глины в нее вводят 10—30%. песка.

Кварцевый песок, используемый в качестве отощителя, не должен содержать примесей, снижающих его качество. Поэтому в технологической схеме, принятой заводом, должно быть предусмотрено оборудование для оттаивания и сушки мерзлого (или влажного) песка, последующего механического прессования его через грохот для удаления крупных включений.

Шамот получают путем обжига легкоплавких, огнеупорных или тугоплавких глин преимущественно во вращающихся печах с последующим измельчением их в порошок не крупнее 3 мм. Его можно получать также в шахтных печах и в печах с кипящим слоем. Выбор того или иного агрегата для обжига глины на шамот зависит от свойств сырья, требуемого его количества, вида применяемого топлива, температуры обжига и технико-экономических факторов.