Виды керамических материалов в строительстве

Керамические строительные материалы

Технология керамики ‑ наука о совокупности технологических методов и последовательности выполнения процессов изготовления керамических изделий, их практическом воплощении.

Керамика (гр. keramike ‑ гончарное искусство, keramos ‑ глина) ‑ искусственные изделия и материалы, полученные спеканием глин и их смесей с минеральными добавками.

Керамические изделия характеризуются хорошими эксплуатационными, механическими, химическими свойствами. Эти свойства обусловливают долговечность керамических изделий в строительных конструкциях. Вместе с тем керамические изделия имеют следующие недостатки: сравнительно высокие плотность и теплопроводность.

Керамика является самым древним из искусственных материалов. Ее технология в последнее время бурно развивается ‑ на керамической основе создаются так называемые композиционные материалы (см. подробнее параграф 15.1).

Основными классификационными признаками керамических изделий являются их структура и назначение. По структуре керамика может быть:

• грубая (главным образом строительная керамика);

• тонкая с однородной мелкозернистой структурой (главным образом фарфор);

• пористая с мелкозернистой структурой (фаянс, майолика и др.);

• высокопористая (теплоизоляционные керамические материалы).

По назначениюкерамику подразделяют на следующие группы:

• строительная (кирпич, панели, перекрытия, черепица, об лицовочные плитки и др.);

• бытовая (посуда, художественные изделия и др.);

• санитарно-техническая (умывальники, ванны, унитазы и др.);

• химически стойкая (трубы, детали химической аппаратуры);

• электротехническая, радиотехническая (например, керамические конденсаторы и изоляторы);

• теплоизоляционная (пенокерамика, ячеистая керамика и др.);

• огнеупорная (например, шамотный кирпич для футеровки печей, вагранок);

• керамика для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы);

• заполнители легких бетонов (например, керамзит, аглопорит).

Сырьевые материалы, используемые для производства керамических изделий, подразделяют на пластичные и непластичные.

Основным пластичным материалом является глина — осадочная горная порода, состоящая в основном из глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, гидрослюды и др.). Разновидности глины выделяют по преобладанию того или иного глинистого минерала. Главные компоненты глины: S1O₂ (30‑ 70 %), А1₂О₃ (10‑40 %) и Н₂О (5‑10 %).

Основными непластичными материалами являются: отощающие материалы ‑ песок, шлак (для снижения пластичности и усадки глин); флюсы ‑ мрамор, доломит (для снижения температуры спекания глин); порообразугощие материалы ‑ мел, древесные опилки, зола (для снижения теплопроводности); специальные добавки (например, красители).

Вне зависимости от вида и назначения керамических изделий в технологии керамики выделяют следующие основные стадии:

• подготовка глиняной массы;

• сушка отформованных изделий;

• обжиг высушенных изделий;

• поверхностная обработка керамических изделий.

Керамические заводы, как правило, строятся вблизи месторождений глины, поэтому карьер является составным элементом структуры предприятия.

Карьерные работы включают в себя добычу глины, транспортирование и хранение ее запаса на зимний период, когда добыча глины не производится. Таким образом, на данной стадии используются преимущественно механические процессы.

Подготовка глиняной массы заключается в разрушении естественной структуры глины, удалении твердых каменистых включений, измельчении и увлажнении для получения однородной массы с требуемыми формовочными свойствами. На этой стадии используются в основном механические и гидромеханические процессы.

В зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции различают следующие способы подготовки глиняной массы: полусухой, пластический и мокрый (шликерный). При полусухом способе сырьевые материалы после предварительного дробления выдерживают в сушильном барабане (до остаточной влажности 6‑8 %), затем измельчают, просеивают, увлажняют (до влажности 8‑12 %) и тщательно перемешивают. Полусухой способ подготовки глиняной массы используется в основном при производстве плиток для облицовки стен, полов.

При пластическом способе подготовки глиняной массы исходное сырье дробят, тонко измельчают и увлажняют до получения однородной пластичной массы влажностью 18‑22 %. Этот способ применяется при производстве глиняного кирпича, черепицы, труб.

При шликерном способе подготовки глиняной массы высушенные сырьевые материалы измельчают в порошок и смешивают с водой до получения однородной массы ‑ шликера, который используют для получения изделий способом литья (санитарно-технические изделия, декоративная керамика и др.).

Формование заключается в придании керамическим изделиям требуемых формы и размеров. При полусухом и пластическом способах подготовки глиняной массы оно осуществляется преимущественно на прессах, при шликерном ‑ в заранее подготовленных гипсовых формах методом литья.

При производстве бытовой керамики в условиях единичного производства используется вращающийся вокруг вертикальной оси гончарный круг, на котором формование асимметричных изделий осуществляется методом пластической деформации (под действием пальцев рук).

Сушка‑ обязательная промежуточная стадия технологического процесса производства керамических изделий, по своей сущности являющаяся массообменным процессом. Если сырые изделия сразу после формования подвергнуть обжигу, то они растрескаются. Сушка в естественных условиях производится на стеллажах в помещениях или под навесами вне их. При серийном и массовом производстве ускорение процесса сушки керамических изделий достигается путем использования либо камерных сушилок периодического действия, либо туннельных сушилок непрерывного действия.

По мере удаления влаги при сушке частицы материала сближаются и происходит его усадка. Для получения высококачественных изделий процесс сушки должен осуществляться по строгому режиму согласно определенному графику в зависимости от вида керамических изделий. Продолжительность процесса сушки составляет от 24 ч до 3 сут. Изделия необходимо высушить до остаточной влажности, не превышающей 5 %, во избежание неравномерной усадки и растрескивания при обжиге.

Обжиг является наиболее ответственной стадией производства керамических изделий, так как в процессе обжига формируется их структура, определяющая наиболее важные свойства изделий: прочность, водостойкость, морозостойкость и др. В процессе обжига происходят сложные физико-химические превращения в исходном материале (см. параграф 4.3).

Обжиг производят преимущественно в туннельных печах непрерывного действия, в которых навстречу изделиям, перемещаемым вагонетками, подаются дымовые газы. Условно печь делят на три зоны ‑ подогрева, обжига и охлаждения.

Вначале происходит досушивание керамических изделий дымовыми газами, отходящими из зоны обжига (при 100‑200 °С). При температуре 200 — 800 ° С выделяется летучая часть органических примесей глины и выгорающих добавок, введенных в состав исходной сырьевой смеси. В интервале температур 550‑800 °С происходят дегидратация (полное обезвоживание) глинистых минералов и удаление химически связанной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка наиболее легкоплавких глинистых минералов, и глина теряет пластичность. Легкоплавкие составляющие глины расплавляются, и частицы глины в местах их контакта сближаются, происходит усадка изделий. Дальнейший подъем температуры до максимальной обусловливает существенные необратимые изменения

в структуре керамики: глина необратимо переходит в камне-видное состояние. После достижения максимальной температуры обжига изделия подвергают изотермической выдержке для выравнивания температуры по всей их толщине. Последующее охлаждение ведут очень медленно, постепенно снижая температуру до 500‑600 °С. Затем вагонетки с изделиями обдувают холодным воздухом.

Поверхностная обработкакерамических изделий предназначена главным образом для придания им привлекательного вида, декорирования и повышения стойкости к внешним воздействиям. При этом поверхность некоторых керамических изделий перед обжигом покрывают глазурью ‑ стекловидным покрытием толщиной 0,15‑0,8 мм.

Для технологии керамики характерны высокая энергоемкость и капиталоемкость производства и в то же время высокий уровень его механизации и автоматизации.

Основными направлениями развития технологии керамики являются следующие:

• улучшение технологии производства керамических изделий за счет совершенствования процессов подготовки, сушки и обжига, разработки эффективных методов формования, использования малоотходных и энергосберегающих процессов (революционное развитие технологии);

• увеличение единичных мощностей используемого оборудования и создание непрерывных технологических линий по производству керамических изделий (эволюционное развитие технологии);

• повышение уровня механизации и автоматизации трудоемких стадий производства керамических изделий (рационалистическое развитие технологии).

Источник

СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Стеновую керамику изготовляют из глинистых и кремнеземи­стых (трепела, диатомита) пород, промышленных отходов с мине­ральными и органическими добавками и без них. В производстве кирпича эффективно применение топливосодержащих отходов в ка­честве добавки в шихту, это снижает на 30. 40% расход сырья, на 50. 70% температуру обжига и расход топлива.

Новая технология с жестким формованием обеспечивает сокра­щение энергозатрат на 20%, снижение расхода металла на вагонетки и повышение производительности труда в 2. 3 раза.

Экологически чистое производство обеспечивается при улавли­вании сернистого газа и переработке его в гипсовое вяжущее.

Основным стеновым материалом остается кирпич, составляю­щий до 50% общего количества стеновых материалов.

Керамический кирпич (ГОСТ 530—95) изготовляют в форме параллелепипеда. В зависимости от размеров керамический кирпич подразделяют на виды: кирпич одинарный с размерами 250x120x65; кирпич утолщенный с размерами 250x120x88; кирпич модульных размеров одинарный с размерами 288x138x63; кирпич модульных размеров утолщенный с размерами 288x138x88; кирпич утолщенный с горизонтальным расположением пустот с размерами 250x120x88 мм.

Одинарный кирпич (рис. 4.2) выпускают полнотелым, утолщенный и модульных разме­ров с технологическими пустотами. Предель­ные отклонения от номинальных размеров не должны превышать по длине ±5, по ширине ±4, по толщине ±3 мм. Поверхность граней должна быть плоской, ребра прямолинейными. Допус­кается выпускать изделия с закругленными вертикальными ребрами с радиусом закругле­ния не более 15 мм. По фактуре поверхности (ложковой и тычковой) изделия могут быть гладкими и рифлеными.

Кирпич не должен иметь механических повреждений и сквоз­ных трещин (дефектов). На одном кирпиче допускается не более двух отбитостей ребер и углов, одна сквозная трещина по постели; искрив­ление ребер и граней кирпича не должно превышать 3 мм. Количест­во половняка в партии должно быть не более 5%.

Кирпич должен быть нормально обожжен (кирпич недожжен­ный и пережженный— брак). Кирпич-недожог алого цвета, имеет пониженную плотность и морозостойкость, кирпич-пережог темнобурого цвета отличается большой плотностью, прочностью и высокой теплопроводностью.

Марку кирпича по прочности устанавливают по значению пре­дела прочности при сжатии. По прочности кирпичи изготовляют сле­дующих марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 300, а с горизонтально расположенными пустотами — 25, 35, 50, 100. По морозостойкости на­сыщенный водой кирпич должен выдержать не менее 15 циклов по­переменного замораживания и оттаивания. По морозостойкости кир­пич имеет марки: F15, F25, F35, F50.

Плотность кирпича в сухом состоянии 1600. 1900 кг/м 3 , тепло­проводность 0,7. 0,82 Вт/(м-К), водопоглощение не менее 8%. Мень­шая величина водопоглощения свидетельствует о повышенной теп­лопроводности кирпича, что не желательно. Масса кирпича в высушенном состоянии должна быть не более 4,3 кг. В кирпиче не до­пускаются известковые включения («дутики»), вызывающие разруше­ние кирпича.

Керамический кирпич применяют для кладки каменных и ар- мокаменных наружных и внутренних стен зданий и сооружений, столбов, сводов, для изготовления сборных стеновых панелей, кладки печей и дымовых труб, а также для кладки фундаментов.

Эффективные стеновые материалы применяют с целью снижения толщины и массы стен, а также улучшения теплотехниче­ских свойств стен и ограждающих конструкций.

По плотности и теплотехническим свойствам керамические кирпичи и камни для стен делят на три группы: эффективные — плотностью не более 1400. 1450 кг/м 3 с высокими теплозащитными свойствами; условно-эффективные— плотностью 1450. 1600 кг/м 3 ; обыкновенные — керамический полнотелый кирпич плотностью свы­ше 1600 кг/м 3 .

В Республике, Беларусь наружные стены из полнотелого кир­пича возводят в 2. 2,5 кирпича или 52. 64 см. Их массивность (масса 1м 2 стены составляет 800. 1000 кг) вызывает непроизводительные затраты материальных трудовых ресурсов, увеличивает сроки строи­тельства, удорожает его.

К эффективным керамическим материалам относят строитель­ный легкий кирпич, пустотелые кирпичи и камни.Кирпич строительный легкий изготовляют путем формования и обжига из диатомитов или трепелов с добавками глины или из гли­ны и выгорающих добавок. Технология изготовления принципиально не отличается от технологии изготовления обыкновенного керамиче­ского кирпича пластического формования. Строительный легкий кир­пич имеет меньшую плотность, теплопроводность, что позволяет уменьшить толщину стены и облегчить конструкцию здания. Плот­ность их от 700 до 1500 кг/м 3 . Марки прочности: 75; 100; 125; 150; 200, морозостойкость F10. Применяют их для кладки наружных и внутрен­них стен зданий и сооружений. Нельзя применять для фундаментов.

Керамические пустотелые кирпичи пластического формования и полусухого прессования и керамические пустотелые камни имеют форму прямоугольного параллелепипеда. Изготовляют их из легко­плавких глин.

Пустоты в изделиях располагаются перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными и несквозными. Толщина наружных стен пустотелого изделия должна быть не менее 12 мм. Ширина щелевидных пустот должна быть не более 16 мм, а диаметр цилиндрических сквозных пустот и размер стороны квадратных пустот — не более 20 мм.

Диаметр несквозных пустот и размеры горизонтальных пустот не регламентируются. Качество кирпича, а также форма, количество и размеры пустот нормируются ГОСТ 530—95.

Водопоглощение пустотелых изделий не менее 6%. По прочно­сти кирпич и камни делят на марки 75, 100, 125, 150, 175, 200, 300, а по морозостойкости на марки F15, F25, F35, F50.

На рис. 4.3 приведены кирпичи и камни с различными по чис­лу, объему и конфигурации пустотами.

Кирпич пустотелый с круглыми или прямоугольными пустота­ми, расположенными перпендикулярно постели, пластического прес­сования (экструзионный) выпускают шести видов с количеством пус­тот от 18 до 32 и пустотностью 13. 45%; кирпич прессованный — пяти видов с несквозными или сквозными отверстиями с количеством от­верстий 3. 17 и пустотностью 2,25. 12,7%. Кирпич с горизонтальными пустотами выпускают двух видов с шестью сквозными прямоуголь­ными отверстиями, расположенными в два ряда. Керамические кам­ни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них путем формования и последующего обжига. Формуют камни на вакуумных прессах.

Промышленность выпускает камни следующих размеров: ка­мень — 250x120x138 мм; камень модульных размеров — 288x138x138; камень модульных размеров укрупненный — 288x288x88; камень ук­рупненный— 250x250x188; камень укрупненный с горизонтальным расположением пустот— 250x250x120; 250x200x80 мм. Предельные отклонения от номинальных размеров у камней по длине и ширине соответственно ±5 и ±4 мм, по толщине ±4 мм. Масса камней в высу­шенном состоянии не более 16 кг. Количество пустот в керамических камнях от 7 до 28 и пустотность 25. 45%.

Применение пустотелых керамических изделий позволяет сни­зить материалоемкость ограждающих конструкций на 20. 30%; уменьшить толщину наружных стен на 20%, массу стен на 35%, рас­ход цементного раствора на 45%; сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

Применяют пустотелые кирпичи для несущих, наружных и внутренних стен, перегородок и других частей зданий и сооружений. Не рекомендуется использовать пустотелый кирпич для фундамен­тов, цоколей и стен помещений с повышенной влажностью (бани, прачечные и др.) Керамические камни заменяют 4. 6 кирпичей.

Применение укрупненных камней дает возможность умень­шить толщину наружных стен на 20%, массу стен — на 60, расход раствора— на 55%, а керамических материалов в 2 раза; снизить число швов в кладке и трудоемкость возведения стен по сравнению с полнотелым кирпичом. Из пустотелых камней возводят несущие сте­ны и перегородки, стены каркасных зданий, изготовляют керамиче­ские панели.

Конструкции из пустотелых керамических камней с горизон­тальными пустотами применяют для устройства междуэтажных и чердачных перекрытий и покрытий жилых, общественных и про­мышленных зданий (без динамических нагрузок).

Стеновые керамические панели. Для повышения индуст­риализации в строительстве из кирпича и пустотелых керамических камней на специальных установках изготовляют соответственно кир­пичные или керамические панели. Они представляют собой крупно­размерные строительные изделия из кирпича на цементном растворе с утеплителем. Панели могут быть однослойными, изготовляемыми из пустотелых керамических камней, и двухслойными — из кирпича на ребро (его толщина 120 мм) и утеплителя (плиты минераловатные, фибролит, пеностекло) толщиной 100 мм. Различают панели для на­ружных и внутренних стен, а также специальные (цокольные, венти­ляционные и др.).

Расход кирпича уменьшается в 2,2. 3,2, расход цемента на кладку в 2. 2,5, масса стены в 1,8. 3,0 раза. Затраты труда в строи­тельстве сокращаются на 40%, а сроки строительства — на 30%.

Источник