Керамических изделий

Способ полусухого прессования. Керамические изделия  формуют способом полусухого прессования  из шихты влажностью 8 – 10 %, уплотняемой  прессованием под значительным давлением (15 – 40 МПа).

Способ литья. Плитки (толщиной 2 мм) изготавливают способом литья на автоматизированных конвейерных линиях. По конвейеру движутся пористые керамические поддоны, на которые наливные аппараты последовательно наносят шликеры разделительного, плиточного и глазурованного слоев. Двигаясь по конвейеру, керамическая масса быстро подсыхает на пористом поддоне и поступает сначала на зачистное, а затем на режущее устройство. Поддон с отлитой массой проходит конвейер за 22 – 30 минут, после чего он автоматически предается в тепловые установки. Полный цикл производственного процесса (вместе с обжигом) занимает около 2 часов.

Сушка сырья

   Перед  обжигом изделие надо высушить  до содержания влаги не более 

5 % во избежание  неравномерной усадки и растрескивания  при обжиге. Сушку сырца проводят  в тоннельных и камерных сушилках.

Обжиг изделий

   Обжиг  завершает изготовление керамических  изделий. В процессе обжига  формируется их структура, определяющая  технические свойства изделия.  Суммарные затраты на обжиг  составляют 35 – 40 %, а потери от  брака достигают 10% себестоимости товарной продукции. Обжиг керамических изделий осуществляется в туннельных печах с автоматическим управлением (см. приложение 2). Туннельная печь представляет собой длинный канал, выложенный внутри огнеупорной футеровкой. Вагонетки с изделиями, составляющие сплошной поезд, перемещаются в печи и постепенно проходят зоны подогрева, обжига и охлаждения. Максимальная температура обжига кирпича и других стеновых керамических изделий (950 – 1000ºС) необходима для спекания керамической массы. Спекание происходит вследствие цементирующего действия расплава эвтектик (жидкостное спекание), реакций в твердой фазе и кристаллизации новообразований.

Для уменьшения веса, а также для повышения  теплозащитных свойств изделий, в процессе производства в сырьевую массу добавляют опилки, которые, выгорая при обжиге, создают микропоры. Кирпич становится более "теплым" за счет внутренней пористости материала. Такой кирпич называют поризованным. По сравнению с обычным кирпичом, поризованный обладает значительно более низкой плотностью, благодаря чему у него лучшие показатели по тепло- и звукоизоляции.

   Кроме  кирпичей, выпускаются также поризованные  камни (в т.ч. крупноформатные), предназначенные для кладки наружных  стен. Такой камень превышает  по размеру стандартный кирпич  в 10 раз. Его прочностные характеристики такие же, как у пустотного кирпича, а плотность намного меньше.

   Благодаря  наличию у крупноформатных камней  пазов и гребней, обеспечивающих  необходимую герметичность стыков, нет необходимости заполнять  вертикальные швы раствором. Кладка из крупноформатных камней в несколько раз сокращает количество швов и, соответственно, мостиков холода. Кроме того, существенно экономится кладочный раствор.

Керамические  крупноформатные пустотелые камни  применяют: для кладки несущих и самонесущих наружных и внутренних стен жилых домов высотой до 9 этажей; для несущих и самонесущих стен общественных зданий высотой до 24 м; для самонесущих и внутренних стен промышленных зданий; для заполнения каркасов. Также такие камни применяют для наружных стен помещений с влажным режимом при нанесении на их внутренние поверхности пароизоляционного покрытия.

   Крупноформатные  поризованные камни дают также  возможность вести простую однорядную  кладку (отвечающую требованиям  второго этапа изменений СНиП II-3-79 "Строительная теплотехника"), в которой длина камня соответствует толщине несущей стены. Фасады наружных стен при этом могут быть оштукатурены либо облицованы лицевым кирпичом. В случае облицовки фасадов кирпичом при кладке стены из крупноформатных камней в каждый горизонтальный шов кладки должны быть заложены анкера из нержавеющей стали. Для экономии раствора и исключения его попадания в пустоты камня рекомендуется применять пластиковую сетку.

Основные  свойства стеновых керамических материалов

   Большая прочность, значительная долговечность, экологичность, 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.

   Характеристики  плотности керамических обжиговых  изделий тоже дают две взаимозаменяемые  классификации. Первая предусматривает  деление на особо легкие изделия с плотностью ниже 600 кг/м3; легкие – плотностью 600-1300 кг/м3; облегченные -1300-1600 кг/м3 и тяжелые изделия, плотностью1600-2200 кг/м3. Вторая, подразделяет стеновые керамические кирпичи и камни на обыкновенные – с плотностью свыше 1600 кг/м3; условно-эффективные - с плотностью до 1400-1600 кг/м3 и эффективные - с плотностью ниже 1400-1450 кг/м3.

Основные  свойства глины

Пластичность

   Глина,  замешанная в определенном количестве  воды, образует глиняное тесто,  обладающее связностью и пластичностью.

   Пластичностью  глины называют ее свойство  во влажном состоянии принимать  под влиянием внешнего воздуха  желаемую форму без образования  разрывов и трещин и сохранять  полученную форму при сушке  и обжиге.

   Техническим  показателем пластичности является число пластичности

Пл = WT – WP

где WT и WP – значения влажности, соответствующие пределу  текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %.

   Для производства  строительных керамических изделий  обычно применяют умеренно пластичные  глины с числом пластичности Пл = 7 – 15. Малопластичные глины с Пл меньше 7 плохо формуются, а высокопластичные глины с Пл больше 15 растрескиваются при сушке и требуют отощения.

   Связующая  способность глины проявляется  в связывании зерен непластичных  материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. Эту способность используют при кладке печей, труб.

Отвердевание  глины при высыхании  и усадка

   Особенность  глиняного теста – способность  отвердевать при высыхании на  воздухе. Прочность высушенной глины обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил и цементацией зерен минералов ионами примесей. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие этого происходит воздушная усадка. При насыщении водой мениски исчезают, прекращается действие капиллярных сил, частицы свободно перемещаются в избытке воды, и глина размокает.

   Усадка  – это уменьшение линейных  размеров и объема глиняного  сырца при его сушке (воздушная  усадка) и обжиге (огневая усадка) глин. Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

    Для  различных глин линейная воздушная  усадка колеблется от 2 – 3% до 10 – 12 % в зависимости от содержания  тонких фракций. Для уменьшения  усадочных напряжений к жирным  глинам добавляют отощители. Поверхностно-активные вещества (СБД и др.), введенные в глиняную массу в количестве 0,05 – 0,2 %, улучшают смачивание частиц глины водой, позволяют сократить формовочную влажность и снизить воздушную усадку.

    Огневая  усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются, и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка может составлять 2 – 8 % в зависимости от вида глины.

   Полная  усадка, равная алгебраической сумме  воздушной и огневой усадок, колеблется от 5 до 18 %. Соответственно увеличивают размеры форм, чтобы получить готовое изделие необходимых форм.

Переход глины при обжиге в камневидное  состояние

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает физико-химические изменения. Сначала испаряется свободная вода, затем выгорают органические вещества. При температуре 700 – 800ºС происходит разложение безводного метакаолинита Al2O3 2SiO2, который образовался ранее (при температуре 450 – 600º С) вследствие дегидратации каолинита; затем Al2O3 и SiO2 при повышении температуры (до 900ºС и выше) вновь соединяются, образуя исскуственный минерал – муллит (3Al2O3 2SiO2). Муллит придает обожженному керамическому изделию водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита расплавляются легкоплавкие составляющие глины, цементируя и упрочняя материал.

Обжиг кирпича  и других пористых изделий обычно заканчивается при температуре 950 – 1000ºС.Дальнейшее повышение температуры резко интенсифицирует образование и накопление жидкой фазы – силикатного расплава, который не только цементирует частицы глины, но и уплотняет керамический материал. В результате получаются изделия с плотным керамическим черепком, отличающимся малым водопоглощением (менее 5 %).

Спекаемость

   Спекаемостью  глин называют их свойство  уплотняться при обжиге и образовывать  камнеподобный черепок. 

    Интервал  спекания легкоплавких глин (для  производства кирпича, керамзита) 50 – 100ºС, огнеупорных глин – 400ºС.

   Огнеупорные  глины (и изделия из них)  противостоят действию высоких  температур, не деформируясь и  не расплавляясь. Чистый каолинит  плавится

при температуре 1770ºС,однако различные примеси (Fe2O3, CaCO3, и др.)понижают эту температуру. Представляя собой сложные природные смеси, глины не имеют определенной температуры плавления. При 750 - 800ºС в следствии частичного плавления легкоплавких эвтектических смесей начинается уплотнение черепка и закрытие пор, т.е. происходит спекание.

   Цвет  глины после обжига имеет существенное  значение для облицовочных керамических  изделий, а также для тонкой  керамики. Для получения белого  черепка обжиг ведут в восстановительной  среде (при наличии свободных  CO и H2 в газах) и при определенных температурах, чтобы Fe2O3 перевести в FeO. Не желательны в глине крупные зерна пирита FeS2 и оксидов железа, образующие на черепке после обжига черные точки. Выделение свободного оксида железа при нагревании между 450 и 800ºС придает изделию красноватое и желтоватое окрашивание. Оксиды титана вызывают глубокую синеватую окраску черепка.

Технико экономические показатели

   Керамический  кирпич был в прошлом и остается  в настоящем предпочтительным  материалом в строительстве жилья.

Изделия из керамики благодаря своим физико-механическим свойствам, в частности равновесной гигроскопической влажности, создают здоровый, комфортный климат в помещении.

   Простой  надежный способ строительства,  сравнительно низкие затраты  также весьма веские аргументы  в пользу керамических материалов. Если к сказанному добавить невысокие эксплуатационные издержки и долговечность сооружений, а кирпичные стены практически не требуют какого-либо обслуживания и ремонта, то это можно рассматривать как дополнительную прибыль при оценке приведенной стоимости 1 м2 стены.

Наряду с физико-техническими и экономическими аспектами при  выборе строительной системы существенным критерием становится экологическая  оценка. Важным является сохранность  окружающей среды, экологически благоприятные  для жизни человека свойства используемого исходного сырья и материалов, замкнутость производственного цикла и возврат всех выбросов в производство, размеры первоначального потребления и перспективы сбережения энергоресурсов. По всем этим проблемам производство керамических строительных материалов является образцовым и представляет определенный интерес.

   Доля  строительного кирпича в общем  объеме производства стеновых  материалов (табл. 1) весьма высокая  и по России в целом составила  в 2002 г. 79,7%, а в Южном федеральном округе она достигла 87,4%.

роизводство строительного  кирпича за последние два года стабилизировалось. Имеющее место  падение по отдельным регионам уже  не носит характера общеотраслевого  провала. Уровень падения невысокий, в пределах долей процента. Негативную роль сыграли природные чрезвычайные ситуации, в частности наводнение в Южном федеральном округе, а также в других регионах.

   По некоторым  регионам наметились тенденции  прироста объемов производства, причем весьма существенные - 76 млн  шт. в Центральном округе и почти 20 млн шт. в Дальневосточном округе. В целом из 78 регионов, производящих строительный кирпич, за последние два года возросло производство в 50 регионах.

   Это уже  очевидное оживление строительного  комплекса. Только в 2002 г. введено в эксплуатацию 14 заводов по производству стеновых материалов общей мощностью 344,3 млн шт. усл. кирпича.