Керамических изделий

Введение  

  Значение  промышленности строительных материалов  в нашей стране огромно –  от уровня производства их  всецело зависят темпы и качество  строительных работ.

  Главными  направлениями технического прогресса  промышленности строительных материалов  являются: создание новых и совершенствование существующих технологических процессов, обеспечивающих получение продукции с минимальными затратами энергетических, материальных и трудовых ресурсов; получение новых видов строительных материалов и изделий с заданными свойствами, отвечающими самым высоким требованием строительства; широкое внедрение малоотходных и безотходных технологий, использование вторичных продуктов производства.

  Качественные характеристики будущей постройки напрямую зависят от материала, выбранного для возведения и облицовки ограждающих конструкций. В современном строительстве, при возведении стен, традиционно используют два основных вида материала: стеновые бетонные и стеновые керамические. Последний вид, бесспорно, является наиболее востребованным и популярным, благодаря своим великолепным эксплуатационным качествам и богатому разнообразию. Конструкции, возведенные из керамических материалов, не подвержены горению и воздействию химической среды. На них не влияют погодные условия, напротив, такие стеновые конструкции не поддаются гниению и имеют отличные морозостойкие и теплоизоляционные свойства. При этом они долговечны и внешне привлекательны.

   Стеновые  керамические материалы являются  одними из наиболее древних  строительных материалов, использующихся для возведения стен. По прошествии веков принцип производства и их внешний вид мало изменился, претерпев лишь некоторую качественную и конструктивную модернизацию. Искусственные каменные материалы изготавливают из легкоплавкого глиняного сырья, иногда с использованием различных добавок. Сегодня стеновые керамические материалы представлены различными видами кирпича и камня для строительных и облицовочных работ.

Историческая  справка

   В древней  Руси  кирпич  появился в Х  в., что связано с влиянием византийской культуры. Наиболее массово его стали применять с конца столетия. В результате  крещения Руси в 988 году со священниками из Византии приехали и строители, привезшие секрет  производства кирпичей. Первой кирпичной постройкой в древней Руси была Десятинная церковь в Киеве, в Москве первые кирпичные дома были сооружены в 1450 г. А в 1475 г. был построен первый в России кирпичный завод. До этого производство кирпича было в основном развито при монастырях. В 1485—1495 гг. кирпич использовался при перестройке Московского Кремля. Ярким примером использования кирпичного строительства в России времён Иоанна III стало строительство стен и храмов Московского Кремля, которым заведовали итальянские мастера. "...и кирпичную печь устроили за Андрониковым монастырём, в Калитникове, в чём ожигать кирпич и как делать, нашего Русскаго кирпича уже да продолговатее и твёрже, когда его нужно ломать, то водой размачивают. Известь же густо мотыками повелели мешать, как на утро засохнет, то и ножем невозможно расколупить." В  1500 г. из кирпича был построен Кремль в Нижнем Новгороде, в 1520 г. - Кремль в Туле и в 1524 г. Новодевичий монастырь в Московской области. В древнерусском зодчестве широко использовалась плинфа размером 40 х 40 см при толщине 2,5-4 см. Современный стандартный кирпич получил свои раз меры в 1927 году и остается таковым и поныне: 250 х 120 х 65 мм. Каждая грань кирпича имеет свое название: самая большая, на которую обычно кладут кирпич, называется "постель", длинная боковая - "ложок", а малая - "тычок"

   В России крупнейшими производителями кирпича являются: Дзержинский кирпичный завод, Ревдинский кирпичный завод, Голицынский кирпичный завод, Воротынский кирпичный завод, Рязанский кирпичный завод, Московский кирпичный завод. Всего более трехсот кирпичных заводов.

Классификация керамических стеновых материалов

   Керамические  обжиговые стеновые материалы  (изделия) из глиняного сырья  применяют для кладки каменных  и армокаменных (кирпичная кладка, упрочненная по вертикальным  и горизонтальным швам арматурой) наружных и внутренних стен. Эти искусственные каменные материалы классифицируют:

• по способу формования – на изделия, полученные методом экструзии из пластичных масс и методом полусухого прессования;

• по назначению в конструкциях – на конструкционные для рядовой кладки под штукатурку или облицовку и лицевые с расшивкой швов, совмещающие функции конструкционного и облицовочного материала;

• по размерам – на кирпичи (полнотелые и пустотелые) и укрупненные камни (только пустотелые). Пустоты сквозные и несквозные, вертикальные и горизонтальные могут иметь форму щелевидную или цилиндрическую. Размеры изделий представлены в таблице 1.

• по средней плотности (кг/м3) – на особо легкие (до 600), легкие (600-1300), облегченные (1300-1600), тяжелые (1600-2200);

• по прочности (кгс/см2) – на марки 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300 (изделия с вертикально расположенными пустотами) и марки 25, 35, 50, 100 (с горизонтальными);

• по морозостойкости – на марки F15, F25, F35, F50, F75 (рядовые изделия) и марки F35, F50, F75, F100 (лицевые). При использовании лицевых изделий для внутренней облицовки марка по морозостойкости должна быть не менее F15.

   По теплотехническим  свойствам и плотности керамические  кирпичи и камни в высушенном  до постоянной массы состоянии разделяют на три группы:

• эффективные, пустотелые плотностью не более 1400 кг/м3 (кирпич) и 1450 кг/м3 (камни), улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшить  их толщину по сравнению со стенами  из полнотелого кирпича;

• условно эффективные, малопустотелые плотностью более 1400 кг/м3 (кирпич) и 1450 кг/м3 (камни), улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций без снижения их толщины;

• обыкновенный кирпич плотностью свыше 1600 кг/м3.

Сырьевые  материалы стеновых керамических изделий

   Сырьевыми  материалами для производства  керамических изделий являются  каолины и глины, применяемые  в чистом виде, а чаще – в  смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами) Под каолинами и глинами понимают  природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

   Каолины. Каолины состоят почти исключительно из минерала Al2O3 2SiO2 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм; после обжига сохраняют белый цвет.

   Глины  боле разнообразны по минеральному  составу, они больше загрязнены  минеральными и органическими  примесями. Глинистое вещество (с  частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазита Al2O3 2SiO2 4H2O.

   Содержание  таких частиц определяет пластичность  и другие свойства глин. Высокопластичные  глины содержат частицы размером  менее 0,005мм 80 – 90 %.

   В глинах  могут быть примеси снижающие,  температуру плавления: карбонат  кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные  включения CaCO3 являются причиной  появления «дутиков» и трещин  в керамических изделиях, так  как гидратация CaO, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придает глине привычную красную окраску. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска глин зависит от примесей как минерального, так и органического происхождения богатых углеродом.

   Бентонитами  называют высокодисперсные глинистые  породы с преобладающим содержанием  монтмориллонита. Содержание в  них частиц меньше 0,001мм достигает 85 – 90 %.

   Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из аморфного кремнезема, используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.

   Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.

   Шамот – зернистый керамический материал (с зернами 0,14 – 2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий – лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

   Дегидратированная глина при температуре 700 - 750° С, добавляемая в количестве 30 – 50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.

   Песок (с зернами 0,5 – 2 мм) добавляют в количестве 10 – 25 %.

   Гранулированный  доменный шлак (с зернами до 2 мм) – эффективный отощитель глин  при производстве кирпича. Роли  отощителей выполняют так же  золы ТЭС и выгорающие добавки.

   Парообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

   Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

   Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

   Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

   Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури –      это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными – в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция.

   Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не обожженные изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

Основные  технологические  процессы и оборудования

Производство  керамических изделий включает следующие этапы: карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку и обжиг.

Карьерные работы включают добычу, транспортировку и хранение промежуточного запаса глины. Вылеживание замоченной глины, ее вымораживание в течении годичного срока на открытом воздухе разрушает природную структуру глины, она диспергируется на элементарные частицы, что повышает пластичность и формовочные свойства керамической массы (см. приложение 1).

Механическая  обработка глины осуществляется с помощью глинообрабатывающих  машин и имеет цель: выделить или измельчить каменистые включения, гомогенизировать керамическую массу и получить необходимые формовочные свойства. Каменистые включения выделяют из глины, пропуская ее через винтовые камневыделительные вальцы или применяя другие специализированные машины. Можно добиться полного выделения камней из глины гидравлическим обогащением: глину распускают в глиноболтушках, а затем шликер пропускают через сито, на котором отделяются камни размером более 0,5 мм; шликер обезвоживают в мощных распылительных сушилках.

Глину измельчают после выделения каменистых включений. Если их нет в глине, то после доставки на завод ее сразу подвергают грубому  дроблению, потом тонкому измельчению. После тонкого измельчения глину  надо промять, чтобы получить глиняную массу с необходимой формовочной влажностью.

Формование

   Стеновые  керамические изделия изготавливают  способами пластического формования  и полусухого прессования. Из  жидких глиняных масс изготавливают  некоторые виды облицовочной  плитки, санитарно-технические и  другие фаянсовые и фарфоровые изделия.

   Способ  пластичного формования. Изделия  стеновой керамики формуют из  пластичных глиняных масс на  ленточных шнековых прессах, которые  могут быть вакуумными и безвакуумными.  В корпусе этого пресса вращается  шнек – вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса, поступая через воронку и питающий валик, перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке и мундштуку. В этом месте глиняная масса уплотняется, выравниваются давления и скорости по сечению глиняного бруса. Мундштук глиняного пресса для производства кирпича имеет прямоугольное сечение. Для формования пустотелых кирпича и керамических камней, в мундштуке пресса устанавливают пустотообразующий сердечник. Применяются также фасонные вставки с узкими щелями – для формования черепицы, кольцевые для керамических труб.

   Из мундштука  пресса выходит глиняный брус, который разрезают автоматически  резательным аппаратом, получая  изделия заданного размера. Плотный  вакуумированный сырец устанавливают  рядами на печную вагонетку  и он поступает в туннельную сушилку в штабеле (без полок). Вакуумирование глины позволяет извлечь из нее воздух, снизить влажность на 3 – 4 %, увеличить прочность сырца в 2 – 3 раза, прочность обожженного изделия увеличивается до 2 раз, его водопоглощение снижается на 10 – 15 %.