Общие сведения о керамических материалах и изделиях

Строительная керамика

Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем его формования и обжига при высоких температурах, в результате которого сырье необратимо переходит в прочное, водостойкое состояние.

Термин «керамика» происходит от греческого слова «керамейя», которым в Древней Греции называли искусство изготовления изделий из глины. Керамика, пожалуй, является первым искусственным строительным материалом, полученным человечеством. Возраст керамического кирпича как строительного материала превышает 5000 лет.

В современном строительстве керамические изделия применяют почти во всех конструктивных элементах зданий и сооружений.

По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды:

• стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и блоки);
• кровельные изделия (черепица);
• элементы перекрытий;
• изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другие плитки, наборные панно, архитектурно-художественные детали);
• изделия для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасонные детали к ним — карнизы, уголки, пояски);
• заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит);
• теплоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые и др.);
• санитарно-технические изделия (умывальные столы, ванны, унитазы);
• плитка для пола;
• дорожный кирпич;
• кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонные части к ним);
• огнеупоры;
• изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).

По структуре керамические материалы подразделяются на пористые, имеющие водопоглощение по массе более 5 %, в среднем 8…20 % (стеновые, кровельные и облицовочные материалы и др.), и плотные, имеющие водопоглощение по массе менее 5 % (плитки для пола, дорожный кирпич, некоторые виды труб и др.).

2. Сырьевые материалы

Сырьевые компоненты для производства керамических материалов подразделяются на пластичные и непластичные. В качестве пластичных компонентов используются глины, в качестве непластичных — добавки, которые вводятся для регулирования различных свойств как формовочной массы, так и готовых изделий.

ГЛИНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Глина — это осадочная горная порода тонкоземлистого строения, способная при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камневидное состояние.

Важным свойством глин является их гранулометрический (зерновой) состав. В зависимости от размера частиц в глину входят различные фракции. Глинистые вещества — это частицы чешуйчатой формы, которые имеют размер менее 0,005 мм. Частицы пыли имеют размер от 0,005 до 0,16 мм, песка — от 0,16 до 2 мм, более крупные частицы называются каменистыми включениями. Соотношение между входящими в состав глин фракциями влияет на основные свойства глин (будут рассмотрены ниже) как сырья для производства керамических материалов.

Другая важная характеристика глин — химический состав, куда входят различные глинистые минералы, основным из которых является каолинит Al2O3 2SiO2 2H2O. Помимо этого в глины могут входить родственные ему минералы: галлуазит Al2O3 2SiO2 4H2O, монтмориллонит Al2O3 4SiO2 nH2O и др. В качестве примесей в глине могут находиться: кристаллический кремнезем SiO2, карбонаты кальция CaCО3, соединения железа Fe(OH)2, Fe2O3, оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O) и др.

СВОЙСТВА ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее рядом физических, физико-химических и химических свойств, в совокупности называемых керамическими.

Пластичность — свойство глиняного теста деформироваться под нагрузкой без образования трещин и разрывов и сохранять приданную форму после снятия нагрузки.

При смачивании сухой глины молекулы воды втягиваются между чешуйчатыми частицами глинистого вещества, расклинивают их, образуют на поверхности частиц гидратную оболочку и вызывают набухание глин. Гидратные оболочки выполняют роль смазки, облегчающей скольжение частиц глины.

Пластичность зависит от содержания в глине глинистого вещества и от размеров частиц. Чем выше содержание глинистого вещества и мельче частицы, тем более пластична глина. По степени пластичности глины делятся: на высокопластичные, водопотребность которых более 28 %; среднепластичные, имеющие водопотребность 20…28 %, и малопластичные с водопотребностью менее 20 %.

Связанность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Высокой связанностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.

Связующая способность — способность глин в увлажненном состоянии легко перемешиваться с непластичными материалами и при высыхании связывать их в достаточно прочное изделие — сырец.

Воздушная усадка — уменьшение линейных размеров и объема глины при высыхании. В процессе сушки вода испаряется, толщина водных оболочек вокруг глинистых частиц сокращается и отдельные частицы глины сближаются между собой. Воздушная усадка связана с пластичностью глин: чем выше пластичность, тем больше воздушная усадка. Высокопластичные глины имеют воздушную усадку 10…15 %; среднепластичные — 7…10 % и малопластичные — 5…7 %.

Огневая усадка — уменьшение линейных размеров и объема глины при обжиге. В процессе обжига наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в расплав, который обволакивает нерасплавившиеся частицы, заполняет промежутки между ними и за счет действия сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывает сближение частиц. Огневая усадка составляет 2…6 %.

Полная усадка — сумма воздушной и огневой усадок.

НЕПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Как уже отмечалось выше, эти материалы вводятся в качестве добавок для регулирования свойств как глинистого сырья, так и готовых изделий.

Отощающие добавки — вводятся для снижения пластичности глин и, как следствие, для уменьшения воздушной усадки. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, золу ТЭС, измельченные гранулированные шлаки, природный песок.

Шамот — предварительно обожженная и измельченная до требуемых размеров (менее 2 мм) глина. Дегидратированная глина — это глина, обожженная при температуре 500…600 °С. При этой температуре из глинистых минералов удаляется химически связанная вода и глина необратимо теряет свойства пластичности.

Пластифицирующие добавки — вводятся для улучшения пластичности глин. Для этих целей используют высокопластичные глины, поверхностноактивные вещества, электролиты.

Выгорающие добавки — вводятся в формовочную массу с целью получения высокопористых изделий: древесные опилки, молотый уголь, торф, лузга и др. Эти добавки одновременно являются и отощающими.

Плавни — вводятся с целью снижения температуры спекания и, как следствие, экономии топливно-энергетических ресурсов. Под спеканием подразумевается появление частичного расплава сырьевой смеси в процессе обжига. В качестве плавней используются полевые шпаты, доломит, магнезит и др.

Для придания повышенной стойкости к внешним воздействиям, водонепроницаемости и определенного декоративного вида поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом.

Стекловидный слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют обжигом. Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов, различные оксиды и др.

Ангоб изготовляют из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обожженного изделия. В отличие от глазури ангоб при обжиге не плавится, поэтому поверхность получается матовой. По своим свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.

3. Общая схема производства керамических изделий

Керамические материалы и изделия, которые выпускает промышленность, имеют разнообразные размеры, форму, физико-механические свойства и различное назначение, но основные этапы технологического процесса их производства примерно одинаковы и складываются из добычи сырьевых материалов, их транспортировки на завод, подготовки сырьевой массы, формования изделия (сырца), сушки и обжига.

ДОБЫЧА И ДОСТАВКА ГЛИНЫ

Глину для производства керамических материалов и изделий добывают в карьерах, обычно расположенных в непосредственной близости от завода. Для добычи используют одно- или многоковшовые экскаваторы, возможно также применение средств гидромеханизации. На завод глину доставляют по рельсовым путям в вагонетках с опрокидывающимся кузовом, автосамосвалами, ленточными транспортерами, вагонетками канатной дороги и другими видами транспорта.

ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВОЙ МАССЫ

Добытая в карьере и доставленная на завод глина в естественном состоянии обычно непригодна для формования изделий. Необходимо разрушить природную структуру глины, удалить из нее вредные примеси, измельчить или убрать крупные включения, смешать глину с добавками, а также увлажнить ее, чтобы получить удобоформуемую массу. Для этой цели используют различные механизмы: вальцы, дезинтеграторы, бегуны, глинорезки, глиномялки, мешалки и др. Эти механизмы будут рассмотрены ниже.

Глину обрабатывают полусухим, пластическим и мокрым способами. Выбор того или иного способа зависит от свойств сырьевых материалов, состава керамических масс и способа формования изделий, а также от их размеров и назначения.

При полусухом (сухом) способе сырьевые материалы высушивают, дробят, размалывают и тщательно перемешивают. Сушат глину обычно в сушильных барабанах, дробят и размалывают в бегунах сухого помола, дезинтеграторах или шаровых мельницах, а смешивают в лопастных мешалках. Влажность пресспорошка составляет 8…12 % (4…6 %). Увлажняют пресспорошок водой или паром.

Полусухой способ применяют в производстве строительного кирпича полусухого прессования, плиток для полов, облицовочных плиток и др.

При пластическом способе сырьевые материалы смешивают при естественной влажности или с добавлением воды до получения глиняного теста влажностью 18…25 %. Для измельчения и переработки сырьевых материалов применяют вальцы и бегуны различных типов, а для перемешивания — глиномешалки.

Пластический способ подготовки сырьевой смеси широко применяют в производстве керамического кирпича пластического формования, керамических камней, черепицы, труб и других видов строительной керамики.

При мокром (шликерном) способе сырьевые материалы предварительно измельчают в порошок, а затем тщательно смешивают в присутствии большого количества (более 40 %) воды, получая однородную текучую массу (шликер). Этот способ применяют при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток и др.

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

Формуют керамические изделия различными способами: пластическим, полусухим, сухим и мокрым. Выбор способа формования зависит от вида изделий, а также от состава и физико-механических свойств сырья.

Пластический способ формования является наиболее распространенным в производстве обыкновенного и пустотелого кирпича, керамических камней и блоков разного назначения, черепицы, облицовочных плит и других изделий. При этом способе формования подготовленную глиняную массу влажностью 18…25 % направляют в приемный бункер ленточного пресса. При помощи шнека масса

дополнительно перемешивается, уплотняется и выдавливается в виде бруса через выходное отверстие пресса, снабженного сменным мундштуком. Меняя мундштук, можно получать брус различной формы и размеров. Так, например, при формовании кирпича он имеет прямоугольное сечение. Непрерывно выходящий из пресса брус разрезается на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий автоматическим резательным устройством. Современные ленточные прессы снабжены вакуумными камерами, в которых из глиняной массы частично удаляется воздух. Вакуумирование массы повышает ее пластичность и уменьшает формовочную влажность, сокращает длительность сушки сырца и одновременно повышает его прочность.

Полусухой способ формования получил широкое распространение на современных заводах при производстве облицовочных плиток, плиток для полов и других тонкостенных керамических изделий. Этим способом можно изготовлять кирпич и другие изделия из малопластичных глин, что расширяет сырьевую базу производства изделий строительной керамики. Кроме того, существенное преимущество полусухого способа формования по сравнению с пластическим — применение глиняной массы с меньшей влажностью (8…12 %), что значительно сокращает или даже исключает сушку сырца.

При полусухом способе каждое изделие формуют отдельно на высокопроизводительных прессах различной конструкции, обеспечивающих двустороннее прессование в формах глиняного порошка под давлением более 15 МПа.

Сырец полусухого прессования имеет четкую форму, точные размеры, прочные углы и ребра. Прочность его вполне достаточна для последующей погрузки и транспортирования на сушку и обжиг.

Сухой способ формования применяют главным образом для изготовления плотных керамических изделий, например, плиток для полов, дорожного кирпича. Сырьевой массой для прессования изделий служит глиняный порошок влажностью от 4 до 6 %. Отформованный сырец не требует сушки, что экономит топливно-энергетические ресурсы.

Мокрый способ формования применяют для изготовления санитарно-технического фаянса, мозаичной плитки и др. При этом способе глиняную массу влажностью более 40 % заливают в специальные пористые формы.

СУШКА ИЗДЕЛИЙ

Отформованные изделия (сырец) необходимо сушить, чтобы снизить их влажность до 8…10 %. За счет сушки повышается прочность сырца, а также предотвращается растрескивание и деформация его в процессе обжига. Сушка может быть естественной (в сушильных сараях) и искусственной (в специальных сушилках).

Естественная сушка не требует затрат топлива, но продолжается очень долго (10…15 сут) и зависит от температуры и влажности окружающего воздуха. Кроме того, для естественной сушки требуются помещения с большой площадью. В настоящее время на крупных заводах, как правило, производят искусственную сушку сырца в сушилках периодического или непрерывного действия.

Сушилки периодического действия представляют собой отдельные камеры, в которых на стеллажных полках размещают сырец. Подают сырец в камеры на тележках. В камерных сушилках все операции по загрузке, сушке и выгрузке сырца повторяются через определенные промежутки времени.

Сушилки непрерывного действия представляют собой туннели, в которых сырец, уложенный на вагонетках, постепенно проходит различные зоны по температуре и влажности и высушивается.

Сушат сырец в камерных и туннельных сушилках по режиму, выбранному для данного вида изделия, с учетом использованного сырья. В качестве теплоносителя в сушилках применяют дымовые газы обжигательных печей, а также газы, получаемые в специальных топках. Тонкую керамику сушат горячим воздухом из калориферов. Длительность искусственной сушки сырца составляет от одних до трех суток.

ОБЖИГ ИЗДЕЛИЙ

Обжиг является завершающим этапом технологического процесса производства керамических изделий. Процесс обжига можно условно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение обожженных изделий.

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает сложные физико-химические изменения.

При плавном подъеме температуры до 100…120 °С из глины удаляются остатки свободной влаги и керамическая масса становится непластичной, но если добавить воду, пластические свойства массы восстанавливаются. С повышением температуры до 500…700 °С выгорают органические примеси и из глинистых минералов удаляется химически связанная вода, при этом керамическая масса безвозвратно теряет свойство пластичности. При температуре 700…900 °С происходит разложение безводных глинистых минералов и образуется аморфная смесь глинозема Al2O3 и кремнезема SiO2. При дальнейшем повышении температуры до 1000…1300 °С идут реакции в твердой фазе и образуются искусственные минералы, например силлиманит (Al2O3SiO2) и муллит (3Al2O32SiO2). Одновременно с этим наиболее легкоплавкие соединения керамической массы переходят в расплав, создавая некоторое количество жидкой фазы. Расплав обволакивает нерасплавившиеся частицы, заполняет пустоты между ними и, обладая силой поверхностного натяжения, стягивает частицы. После остывания образуется твердый камнеподобный черепок.

Максимальная температура обжига керамических изделий зависит от состава глин. Обжиг изделий из легкоплавких глин производят при температуре 900…1000 °С, из тугоплавких и огнеупорных — при температуре 1200…1400 °С.

Керамические изделия обжигаются в печах периодического или непрерывного действия с использованием твердого (уголь), жидкого (мазут) или газообразного топлива.

Печи периодического действия представляют из себя камеры, в которые загружаются на стеллажах отформованные и высушенные изделия, после чего начинается плавный подъем температуры, которая доводится до требуемого максимума, затем происходит выдержка изделий при максимальной температуре и плавное ее снижение.

Печи непрерывного действия имеют различную конструкцию. Кольцевые печи имеют обжигательный канал эллипсовидной формы, перекрытый полуциркулярным сводом. Обжигаемые изделия загружаются в канал и остаются неподвижными, а температурные зоны перемещаются относительно обжигаемого материала. Туннельные печи имеют прямолинейный канал, по которому медленно перемещаются вагонетки с уложенными на них изделиями, которые последовательно проходят зоны подогрева, обжига и охлаждения.

В щелевых печах керамические изделия, уложенные в один ряд по высоте, медленно движутся в обжиговом канале по роликовому или иному конвейеру. В таких печах обеспечивается равномерность обжига, сокращается его продолжительность и уменьшается расход топлива.

СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Стеновые керамические изделия предназначены для кладки и облицовки несущих и самонесущих стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков. Их изготовляют в виде правильного параллелепипеда. В зависимости от размеров их подразделяют на виды, указанные в табл. 1. Кирпич изготавливают полнотелым и пустотелым, камень — только пустотелым. Пустоты в изделиях могут быть сквозными или несквозными, располагаться они могут перпендикулярно (вертикальные) или параллельно постели (горизонтальные). По способу формования изделия стеновой керамики подразделяют на изделия, получаемые пластическим формованием и полусухим прессованием. В соответствии с нормативными документами стеновые изделия подразделяют на рядовые и лицевые. Рядовые предназначены для обеспечения эксплуатационных характеристик кладки, лицевые изделия кроме обеспечения эксплуатационных характеристик кладки выполняют функции декоративного материала.

Номенклатура и номинальные размеры стеновых изделий

По прочности кирпич подразделяют на марки М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; крупноформатные камни — М35, М50, М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; кирпич и камень с горизонтальными пустотами — М25, М35, М50, М75, М100.

По морозостойкости кирпич выпускается четырех марок: F15, F25, F35, F50.

По средней плотности изделия подразделяют на классы 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0, которые должны соответствовать значениям, приведенным в табл. 2.

Классы стеновых изделий по средней плотности

В зависимости от теплопроводности и класса по средней плотности стеновые изделия подразделяют на группы, приведенные в табл. 3.

Группы изделий по теплотехническим характеристикам

К кровельным керамическим материалам относят черепицу. Она должна обладать высокой долговечностью, водонепроницаемостью, устойчивостью к действию различных атмосферных факторов и эстетичностью, иметь однородную структуру на изломе и предел прочности на излом в сухом состоянии не менее 7 МПа, массу 1 м 2 кровли не более 45 кг, а также обладать морозостойкостью не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания, водопоглощением не более 10 % по массе.

Фасадные керамические плитки применяют для облицовки фасадов и цоколей зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, подземных переходов.

Основными показателями, характеризующими качество фасадных плиток, являются морозостойкость, водопоглощение, точность геометрических размеров и внешний вид. Морозостойкость рядовых плиток толщиной более 9 мм должна быть не менее 35 циклов, толщиной менее 7 мм — не менее 40 циклов при водопоглощении до 12 %. Для плиток специального назначения морозостойкость должна превышать 50 циклов, а водопоглощение допускается не более 5 %.

Плитки для полов могут быть неглазурованными и глазурованными, одно- и многоцветными, с гладкой, шероховатой (тисненой) или рифленой лицевой поверхностью. По форме плитки бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, четырех-, пяти-, шести и восьмигранные, фигурные. Водопоглощение их должно быть не более 3,8…5 %, истираемость не более 0,07…0,06 г/см 2 .

Плитки для внутренней облицовки предназначены для облицовки внутренних поверхностей стен и перегородок. Они отличаются по форме, фактуре и виду материала, образующего фактурный слой (50 типов). Керамические плитки должны иметь водопоглощение не более 16 %, предел прочности при изгибе не менее 15 МПа, а глазурное покрытие должно обладать термостойкостью не менее 150 °С и твердостью не менее 5 по шкале Мооса.

Общие сведения о керамических материалах и изделиях

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос»- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Керамические изделия по плотности можно условно разделить на две основные группы: пористые и плотные.

Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды. В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 — 20% по весу или 15 — 35% по объему.

Плотные изделия характеризуются водопоглощением менее 5%. Чаще всего оно составляет 2 — 4% по весу или 4 — 8% по объему.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:

• стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);
• кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);
• облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);
• материалы для полов (плитки);
• материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);
• заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т. д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на пластичные глинистые (каолины и глины) и отощающие (шамот, кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием — глинистые материалы.

1. ГЛИНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Каолины. Каолины образовались в природе из полевых шпатов и других алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из минерала каолинита. После обжига присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

Глины. Глинами называют осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тесной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые. Представителями каолинитовых минералов являются каолинит и галлуазит. В монтмориллонитовую группу входят монтмориллонит, бейделлит и их железистые разновидности. Гидрослюды — в основном продукт разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонкораспределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.

Глины часто содержат также органические примеси. По отношению к действию высоких температур различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580°С), тугоплавкие (1350 — 1580°С) и легкоплавкие (ниже 1350°С). К огнеупорным относятся большей частью каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий. Тугоплавкие глины содержат окислы железа, кварцевый песок и другие примеси в значительно большем количестве, чем огнеупорные, и применяются для производства тугоплавкого, облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и канализационных труб. Легкоплавкие глины наиболее разнообразны по минералогическому составу, содержат значительное количество примесей (кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ). Используют их в кирпичном и черепичном производствах, в производстве легких заполнителей и т. д.

В производстве искусственных обжиговых материалов можно применять также некоторые другие осадочные породы: диатомиты, трепелы и их уплотненные разновидности — опоки, а также сланцы в чистом виде и с примесью глин или порообразующих добавок.

2. ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин в жирные пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие материалы.

В качестве искусственных отощающих материалов используют дегидратированную глину и шамот, а также отходы производства (котельные и другие шлаки, золы, очажные остатки и т.д.). Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600-700°С (при этой температуре она теряет свойство пластичности) и применяют в качестве отощителя при производстве грубой строительной керамики. Шамот изготовляют путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000 — 1400°С. Шамот является основным сырьем в производстве огнеупорных шамотных изделий.

К природным отощающим материалам относятся такие вещества, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу, например кварцевые пески, пылевидный кварц.

Порообразующие материалы. В производстве изделий грубой строительной керамики, например кирпича, для отощения массы, а также для получения изделий, обладающих повышенной пористостью и, следовательно, пониженной теплопроводностью, в сырьевую массу вводят порообразующие добавки. Обычно применяют органические добавки, называемые выгорающими, — древесные опилки, уголь, торфяную пыль, и др. Они выгорают при обжиге изделий и образуют поры.

Плавни. Введение в глину плавней способствует понижению температуры ее спекания. К числу плавней относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и др.

Какие строительные материалы есть из керамики

Наиболее распространенным сырьем для производства искусственных каменных материалов служат: глина, песок, известь, шлаки и др., а также цемент и крупные заполнители для бетона.

Керамические строительные материалы классификация

Керамический материал из глины приобретает камневидность:

1. в результате обжига при высокой температуре;
2. при затвердевании вяжущих веществ, введенных в состав материала;
3. в результате отливки и остывания расплавленных горных пород, шлаков или стекла.

В данном разделе рассматриваются только обожженные материалы из глины и близких к ней видов сырья. Такие материалы называются керамическими.

Глина является дешевым, распространенным и хорошо изученным сырьем, пригодным для производства разнообразных материалов как строительных, так и санитарно-технических, электротехнических, хозяйственных (посуда) и др. В России имеются тысячи предприятий, производящих кирпич, черепицу, облицовочную и другую строительную керамику. Производство керамики быстро и неуклонно развивается.

Керамические материалы имеют в строительстве самое разнообразное применение; их используют для кладки и облицовки стен, кладки печей и дымовых труб, покрытия крыш и полов, устройства канализации и дренажа, для мощения дорог.
Все керамические материалы можно разбить на две группы: пористые и плотные. Это деление условно, так как абсолютно плотных керамических материалов нет.

Вода, введенная в глину при формовке керамических изделий из глины, в дальнейшем при сушке и обжиге удаляется и оставляет в изделиях поры. К плотным условно относят материалы с плотностью выше 95%.
Кроме того, керамические материалы, а также и сырье для них — глины — разделяются на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.

Температура размягчения легкоплавких керамических материалов ниже 1350°, тугоплавких — 1350—1580° (например, так называемый гжельский печной кирпич), огнеупорных — выше 1580° (шамотный и другой огнеупорный кирпич). Номенклатура важнейших керамических строительных материалов приводится ниже.

Номенклатура строительных керамических материалов

а) Пористые (плотность ниже 95%):

• Кирпич глиняный обыкновенный
• Кирпич повышенной пористости
• Кирпич и камни пустотелые и дырчатые
• Кирпич лекальный (для карнизов, дымовых труб)
• Кирпич для канализационных сооружений (прямоугольный и клиновидный)
• Кирпич лицевой (отделочный)
• Черепица (для крыш)
• Изразцы (для печей)
• Плитки облицовочные и другие облицовочные материалы (терракота, майолика, пустотелые облицовочные камни)
• Трубы дренажные
• Изделия для оград
• Трубы канализационные и фасонные части к ним

б) Плотные (с так называемым каменным черепком, плотность выше 95%):

• Кирпич дорожный
• Плитки для полов
• Камнями условно называют керамические изделия, размеры которых больше, чем у обыкновенного кирпича, т. е. больше 250х120х65

Керамические облицовочные плитки для стен и полов

Для наружной отделки фасадов используют большие облицовочные плиты, пустотелые камни, терракоту, лицевой (в частности цветной) кирпич, кирпич с гофрированными вертикальными или рельефными поверхностями, реже — мелкие облицовочные глазурованные плитки или кирпичики. Керамическая облицовка фасадов гораздо долговечнее, а зачастую красивее, чем штукатурка.

Матовые плиты из белых и цветных светлых глин (кремовых, палевых, розовых, желтых, серых и др.), не покрытые глазурью, называются терракотовыми. Поверхность плит может быть гладкой, шероховатой и рельефной. Глазурованные облицовочные изделия называются майоликой.

Огромное количество керамических облицовочных материалов применено на строительстве новых зданий.

Здесь использованы облицовочные пустотелые камни светложелтого цвета различной формы. Керамикой оформляют и оконные проемы.

Для внутренней отделки зданий широко применяются:

1. керамические облицовочные плитки для стен и перегородок,
2. керамические плитки для полов

Облицовочные плитки прессуют из огнеупорных, в частности из белых фаянсовых или тугоплавких глин с добавкой отощающих веществ и плавней. Плитки сушат, обжигают, покрывают с лицевой стороны легкоплавкой глазурью или эмалью, после чего вторично обжигают, чтобы расплавился глазурный слой. При остывании глазурь затвердевает и образует блестящий водонепроницаемый слой. Возможен также способ производства плиток с однократным обжигом.
Глазурь прозрачна и стекловидна, она может быть и цветной. Эмаль («глухая глазурь») отличается от глазури тем, что она непрозрачна.

Облицовочные плитки применяют главным образом для отделки ванных комнат, кухонь, туалетовх, бань, больничных помещений и т. п. По форме плитки бывают рядовые квадратные (плоские) размером обычно 150х150 мм и 100х100 мм и фасонные различных видов (угловые, карнизные и др.). Поверхность, противоположная лицевой стороне имеет бороздки глубиной 1,5— 2 мм для лучшего сцепления с цементным раствором при облицовке стен. Толщина плиток: глиняных 12 мм, фаянсовых 4—6 мм. Лицевая сторона их, покрытая глазурью, должна быть ровной, глянцевой, без трещин и пузырей. Глазурью покрывается также поверхность изразцов, применяемых для облицовки поверхностей комнатных печей.

Применение плиток

Плитки для полов (устаревшее название «метлахские») широко применяются для настилки полов в нежилых помещениях (машинные залы, лаборатории, бани, кухни, ванные, вестибюли, коридоры и т. п.). Укладывают их на цементном растворе, малыми или большими квадратами, с фризами по краям, создавая одноцветный или многоцветный рисунок пола.
Такие плитки легко моются и мало впитывают влаги (водопоглощение их меньше 2% по весу); характеризуются малой истираемостью и достаточным сопротивлением удару. Недостаток плиток — большая теплопроводность, не позволяющая применять их в жилых зданиях (получается холодный пол) без покрытия коврами, матами и т. п. Покрывать ими тротуары нельзя, так как зимой они слишком скользки.

Плитки изготовляются: квадратные размером 50 х 50, 100х100 и 150х150 мм, шестигранные (цельные и половинки), прямоугольные и др., толщина их 10 и 13 лиг. Выпускаются плитки трех основных цветов: белого, желтого и красного. По особому заказу заводы могут изготовлять плитки и других цветов — синие, серые и др., а также с рисунком.

Плитки изготовляют из каолинитовых глин с добавкой отощающих веществ, плавней и, если требуется, окрашвающих веществ. Формуют их прессованием полусухой массы; обжиг ведут до спекания.

Кроме обычных, изготовляются мелкие плитки размером 23х23 и 48х48 мм, толщиной 6—8 мм, наклеиваемые на бумагу с раскладкой по определенному рисунку. Такие листы с плитками размером 100х600 мм кладутся на слой цементного раствора, после затвердевания которого бумага смывается и получается так называемая ковровая мозаика, покрывающая пол.

Производство и применение кирпичей для дорог и керамических труб

Дорожный кирпич применяют главным образом для мощения дорог и улиц, дворов и полов в цехах промышленных зданий, а также для кладки канализационных коллекторов и облицовки каналов. Канализационные трубы применяются для дворовой канализации.

Дорожный кирпич

В отличие от обыкновенного дорожный кирпич очень плотный и поэтому более тяжелый (объемный вес его 1900—2100 кг/м3). Такой плотности достигают обжигом до спекания сырца из глины, содержащей достаточное количество каолинита.

Размеры дорожного кирпича 220 х100 х 65 или 220 х 110х75 мм; в плане он меньше обыкновенного. Цвет его тёмно-красный или бурый.
Этот кирпич значительно прочнее обыкновенного. По прочности он делится на три марки: 1000, 700, 400. Следовательно, у этого кирпича (в воздушно-сухом и насыщенном водой состоянии) предел прочности при сжатии должен быть соответственно не ниже 1000—700—400 кг/см2.

Водопоглощение дорожного кирпича меньше, чем обыкновенного. Для первой марки оно составляет 2%, для второй—4%,. для третьей — 6%. Он должен удовлетворять следующим техническим условиям: иметь правильную форму, малое количество трещин, быть равномерно обожженным, звонким при ударе. Такой кирпич должен выдерживать без разрушения 50-кратное замораживание (при—17°) с последующим оттаиванием. Кроме того, его подвергают специальным испытаниям в лабораториях на истирание, удар и износ.

Керамические камни, применяемые для облицовки высотных зданий : а угловой прислонный камень; рядовой анкерный камень; в рядовой прислонный камень; г—профильный анкерный камень; д—з— прислонные рядовые камни; е — прокладной рядовой камень; ж угловой присланный камень; и прокладной угловой камень.

Дорожный кирпич применяют главным образом для мощения дорог и улиц, дворов и полов в цехах промышленных зданий, а также для кладки канализационных коллекторов и облицовки каналов. Этот кирпич можно использовать также для кладки цоколей, стен и столбов в зданиях, когда требуется особенно высокая прочность конструкции.

Трубы канализационные

Канализационные керамические трубы изготовляются с довольно плотным черепком (водопоглощение 9—11%) и покрываются с наружной и внутренней сторон кислотостойкой глазурью (обжигаемой вместе с трубой).
Трубы имеют внутренний диаметр 125—600 мм, полезную длину 800 и 1000 мм, толщину стенок 18—41 мм.
Для соединения трубы имеют раструбы. Трубы должны выдерживать внутреннее давление воды в 2 ати и внешнюю нагрузку 2000—3000 кг на 1 м длины трубы.

Применяются они для дворовой канализации (укладываются в земле); в зданиях их использовать нельзя, так как при ударе они могут сравнительно легко разбиться. Внутри зданий устанавливаются чугунные канализационные трубы.

Источник https://extxe.com/4432/stroitelnaja-keramika/

Источник https://best-stroy.ru/statya_obshchie-svedeniya-o-keramicheskikh-materialakh-i-izdeliyakh_1464

Источник https://www.masterovoi.ru/stroy-mat/keramicheskie-stroitelnye-materialy