Материалы из керамики

Лекция № 11

Тема. Искусственные каменные материалы.        

 

План лекции

11.1 Общие сведения

11.2 Свойства глин

11.3 Материалы из керамики

11.4 Силикатные изделия

11.5 Гипсобетонные изделия

11.6 Асбестоцементные изделия

Литература:

1.  Рыбьев И.А. Строительное материаловедение: Учебное пособие для стоит. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2007. – 701 с.; ил.  

2. Попов К.Н. Оценка качества строительных материалов [Текст]: учеб. пособие / К.Н. Попов, М.Б. Каддо, О.В. Кульков. - М.: Высшая школа, 2004. - 240с

3. В. С. Руднов, Е. В. Владимирова, И. К. Доманская,  Е. С. Герасимова Строительные материалы и изделия. – Екатеринбург, издательство Уральского университета, 2018

Общие сведения

Керамическими материалами называют искусственные каменные материалы, получаемые из минерального сырья путем его формирования и обжига при высоких температурах (950 ÷ 1000^оС).

Строительная керамика классифицируется по ряду признаков.

По назначению:

- Стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни, панели из них)

- Изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, плитки, архитектурно-художественные детали), для внутренней облицовки, для полов

- Кровельные изделия (черепица)

 

- Заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит)

- Дорожная кирпич

- Санитарно-технические изделия (унитазы, умывальники, биде и т.д.)

- Трубы (канализационные и дренажные)

- Огнеупоры.

По структуре керамику подразделяют на:

- Пористую (водопоглощение по массе 8-20%)

- Плотную (водопоглощение по массе менее 5%).

Отличительная черта всех керамических изделий и материалов в их сравнительно высокой прочности, но малой деформативности. Они обладают высокой химической стойкостью и долговечностью, форма и размеры изделий из керамики обычно соответствуют установленным стандартам. Но керамические изделия хрупкие.

Основным сырьем для производства керамических изделий являются глины и каолины, применяемые в чистом виде, а чаще - в смеси с добавками.

Под каолинами и глинами понимают природные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камневидных состояние.

Применяют также бентониты, трепелы, диатомит.

Добавки для отощення вводятся в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.

В качестве таких добавок используют шамот, обезвоженную глину, песок, золу, граншлак.

Шамот получают предварительным обжигом глины и последующим измельчением.

Порообразующие добавки вводят в сырьевую смесь для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью.

Для этого используют вещества, которые при обжиге распадаются с выделением газа, например, СО₂ (молотый мел, доломит), или выгорают.

Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный торф, топливо содержат отходы углеобогащения и угледобычи.

Пластифицирующие добавки улучшают формуемость смеси. Ими являются высокопластичные глины, поверхностно активные вещества - СДБ (сульфитно-дрожжевая бражка) и другие.

Специальные добавки вводятся, например, с целью повышения кислотной устойчивости (песчаные смеси, закрыты жидким стеклом), для окраски черепка - оксиды металлов, для улучшения качества изделий - пирофосфаты, для вспучивания - кокс и т.д.

 

Свойства глин

Среди физических свойств важное значение имеют:

- Пластичность

- Связность

- Воздушная и огневая усадка

- Огнеупорность

- Цвет и т.д.

Пластичность глины - это способность влажной глины формироваться и сохранять форму. Пластичность глины повышается с увеличением Al₂O₃, а содержанием SiO₂ - снижается.

Связность глин проявляется в способности связывать твердые непластичные зерна, а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия - сырца.

Соединительную способность глин используют в глиняных растворах при кладке печей, труб.

Воздушная и огневая усадки - отражают способность глин уменьшаться в объеме при высыхании на воздухе и при обжиге. Большая усадка может сопровождаться образованием трещин, если глину отощать. Высокопластичные глины при высыхании дают усадку до 10 ÷ 15% воздушной усадки. При обжиге часть наиболее легкоплавких компонентов глины расплавляются, заполняя поры расплавом.

Огнеупорность глин является важнейшим свойством выдерживать высокую температуру, а не расплавляясь и не деформируясь.

Цвет черепка после обжига зависит от примесей железной руды, пирита, оксидов титана, органических примесей (черная керамика). Для цвета вводят добавки оксидов железа, кобальта, хрома и др.

 

Материалы из керамики

Кирпич и камни керамические. При оценке комфортности жилья (по 20-балльной шкале) кирпич как стеновой материал занимает второе место после древесины.

Основные требования к кирпичу и камню представлены в ДСТУ Б В.2.7-61-97 «Кирпич и камни керамические».

Изготавливают кирпич из глинистых пород, лёссов и добавок или без них. В производстве кирпича эффективно применяют отходы угледобычи. Добавки отходов снижают расход сырья, температуру обжига, расход топлива, позволяют повысить прочность до 40%.

Керамические камни изготавливают полыми с вертикально и горизонтально расположенными пустотами. Пустоты могут быть сквозными и не сквозными, располагаться перпендикулярно или параллельно постели. Толщина наружных стенок должна быть не менее 12 мм.

Поверхность граней изделий должна быть плоской, ребра прямолинейные.

Предельные отклонения по размерам изделий: по длине ± 5 мм, по ширине ±4мм, по толщине ± 3 мм.

Фактура тычковых и ложковых граней может быть гладкой или рифленой.

Марки кирпича и камней по прочности: М 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300.

Водопоглощение: полнотелого изделия не менее 8%, пустотелого не менее 6%.

Марки по морозостойкости: F15, F25, F35, F50.

Применяют керамический кирпич и камни для внутренних и наружных стен, перегородок, сплошной кирпич для стен подвалов, печей, труб.

Транспортируют на поддонах или пакетах, которые скрепляются металлической лентой или термоусадочной пленкой. На поддонах изделия укладываются в «елочку» или на «ребро» с перекрестной перевязкой швов. Масса одного пакета не более 850 кг. Загрузка и выгрузка механизированным способом. Погрузка, выгрузка навалом не допускается.

Плитки керамические фасадные. Предназначаются для облицовки наружных стен каменных зданий, наружных поверхностей стеновых панелей, крупных блоков, для оформления архитектурных элементов зданий и сооружений.

Плитки специального назначения используются для облицовки цоколей здания, подземных переходов и других объектов, находящихся в условиях повышенного воздействия влаги и перепадов температур.

Изготавливаются плитки из глин с добавками или без них с последующим обжигом.

Фасадные плитки выпускаются глазурованными, неглазурованными, с гладкой или рельефной поверхностью, рядовые или специального назначения (угловые, для откосов, для облицовки перемычек). Морозостойкость плиток не менее F35.

Плитки для внутренней облицовки стен. Керамические глазурованные плитки и фасонные детали изготавливают из глин с добавками или без них, способом полусухого прессования, глазування методом полива и последующего обжига.

Плитки предназначены для облицовок влажных, мокрых помещений или помещений, где требуется влажная гигиеническая уборка.

В зависимости от используемого сырья плитки делят на: майоликовые и фаянсовые. Майоликовые плитки изготавливают из легкоплавких глин с добавкой до 20% мела. При обжиге получают пористый черепок розового цвета, тыльная сторона имеет бороздки для лучшего сцепления с раствором. После первого обжига наносят глазурь и обжигают. Фаянсовые плитки изготавливают из огнеупорных глин с добавкой кварцевого песка и плавней (снижают температуру плавления, например, мел). Плитки имеют белый черепок.

Плитки для внутренней облицовки обязательно покрывают глазурью: белой, цветной, прозрачной, непрозрачной, украшают набрызгом, рисунок может быть под глазурью, по глазури. Водопоглощение плиток не более 16%.

Упаковывают в картонные коробки или стопы, обернутые упаковочной бумагой и обвязанные пластмассовой лентой, или обтянутые полиэтиленовой термоусадочной пленкой, укладывают в контейнеры. Хранят в складах.

Плитки керамические для полов. Основное сырье для изготовления плиток для полов - огнеупорные и тугоплавкие глины.

Плитки используют для настилки полов в санитарных узлах, вестибюлях, на лестничных площадках, в мокрых помещениях и т.д.

Выпускают плитки неглазурованными, частично глазурованными и глазированные с гладкой или рельефной поверхностью. Водопоглощение плиток для пола не более 4%.

Кровельная керамика (черепица). Сырьем для изготовления является глины с добавками. После формирования черепицы ее сушат и обжигают.

Основные преимущества керамической черепицы - высокая долговечность, огнестойкость. Недостатки - большая масса (до 65 кг/м²), хрупкость и необходимость придать кровле вели кого уклона (не менее 50%) для обеспечения быстрого стока воды, а также трудоемкость устройства кровли и трудности при устройстве кровель сложной формы. Водопоглощение черепицы не более 6,5%. Морозостойкость не менее F35. Транспортировка - в контейнерах. Укладка черепицы на ребро по длине в штабеля с перестилкой каждого ряда картоном. Загрузка и выгрузка механизированным способом с помощью специальных захватов.

Трубы керамические предназначены для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые неагрессивные и агрессивные сточные воды и для устройства закрытого дренажа на мелиоративных системах.

Для изготовления канализационных труб применяют пластичные огнеупорные и тугоплавкие глины, не содержащие включений колчедана, гипса и т.д.

Формируют трубы вместе с раструбом на трубных прессах. После сушки на внутреннюю и внешнюю поверхности труб наносят химически стойкую глазурь и обжигают. Наличие тонкого слоя глазури приводит водонепроницаемость и высокую устойчивость труб к воздействию кислот и щелочей.

Канализационные трубы на внешней стороне конца ствола и на внутренней стороне раструба имеют нарезку не менее чем из пяти концентрических канавок глубиной не менее 2 мм. Водопоглощение не более 8%. Кислотостойкость 93-94%.

Трубы упаковывают в специальные контейнеры, устанавливаемые в транспортном средстве по всей площади, высотой не более 2 рядов. Хранят на складах, под навесом, на открытых площадках, заключенным в контейнеры или штабеля. Высота штабеля не более 1,5 м.

Санитарно-технические изделия. К ним относятся умывальники, унитазы, сливные бачки, писсуары, биде, раковины и другие аналогичные изделия, предназначенные для санитарно-гигиенического и хозяйственного применения в различных зданиях.

Сырьем для производства этих изделий служат глины, каолины, кварц взятые в различных соотношениях. Изготавливают их в основном методом литья. Изделия покрывают белой или цветной глазурью.

Выпускают изделия фаянсовые, фарфоровые, полуфарфор, которые отличаются между собой степенью спекания и пористостью.

Упаковывают изделия в дощатые обрешетки, решетчатые ящики, ящики из гофрированного картона, сформированные в пакеты и закрепления проволокой, термоусадочной пленкой, или в контейнерах без упаковки.

Огнеупорная керамика. Огнеупорными называются материалы, применяемые для сооружения различных печей, топок, аппаратов, работающих в условиях высокотемпературного (выше 1000^оС) нагрева.

Керамзит - легкий пористый материал ячеистого строения в виде гравия, получаемый при обжиге отформованных гранул из легкоплавких глинистых пород, способных вспучиваться при быстром нагревании до 1050 ÷ 1300^оС. Применяют в качестве заполнителя для легких бетонов, а также как засыпочный утеплитель.

Аглопорит - представляет собой пористый кусковой материал, получаемый спеканием (агломерацией) смеси глинистого сырья и угля.

Спекание происходит за счет сгорания угля, горящую массу продувают сжатым воздухом. Пористую легкую глыбу аглопорита после охлаждения дробят на щебень с последующей сортировкой на фракции.

Применяют аглопорит качестве заполнителя для легких бетонов.

 

Силикатные изделия

Силикатными материалами называют искусственные каменные материалы на основе известково-кремнеземистого вяжущего, затвердевшие в автоклаве под действием пара при высокой температуре и повышенном давлении.

Составляющие сырьевой смеси:

- Известь (обладает высокой химической активностью).

- Кварцевый песок и другие минеральные вещества, содержащие кремнезем (шлаки, золы и др.) Для большей активности кремнеземный компонент подвергают тонкому измельчению.

- В качестве других компонентов могут быть введены заполнители в другом виде (немолотый песок, керамзит, вспученный перлит, шлаковая пемза и др.)

- Вода (пар) - это не только активный химический компонент и своеобразный катализатор.

- Добавки.

Автоклав - аппарат, где создается давление пара от 0,8 ÷ 1,8 МПа и t = 200 °.

Весь цикл автоклавной обработки занимает 8-12 часов.

Силикатный кирпич представляет собой искусственный безобжиговый стеновой материал, изготовленный прессованием из смеси извести и кварцевого песка.

Выпускают такие виды кирпича:

По назначению: лицевой, рядовой;

По внешнему виду: сплошной, дырчатый;

По цвету: не окрашенный, окрашенная в массе или по поверхности.

В зависимости от предела прочности при сжатии силикатный кирпич и камни подразделяют на марки: М75; 100; 125; 150; 200; 250.

По морозостойкости кирпич и камни имеют марки: F15; 25; 35; 50.

Водопоглощение кирпича ≥ 6%.

Силикатный кирпич и камни применяют для кладки внутренних и наружных стен, перегородок в надземной части зданий с нормальным влажностным режимом эксплуатации.

Вследствие более низкой устойчивости к воде силикатный кирпич, в отличие от керамического, нельзя применять для кладки фундаментов, цоколей, для стен и перегородок зданий с мокрым режимом эксплуатации.

Силикатный кирпич не разрешается использовать для кладки печей и дымоходов.

Транспортировка и складирование аналогично керамическому кирпичу.

Силикатные бетоны представляют собой группу безцементных бетонов автоклавного твердения на основе известково-кремнеземистого вяжущего и минеральных наполнителей.

Для плотных силикатных бетонов установлены следующие марки: М150; 200; 300; 400; 500.

Водостойкость плотного бетона удовлетворительная (коэффициент размягчения не ниже 0,75). Морозостойкость может достигать F200.

Плотные силикатные бетоны применяют для изготовления несущих конструкций (стеновые блоки, плиты перекрытий, балки, колонны, прогоны, лестничные марши и площадки и т.д.).

Применяют также и легкие силикатные бетоны.

По назначению и плотности их делят на:

- Конструкционные (ρ_о = 1400-1800кг / м³) (панели, блоки, балки и т. Д.);

- Конструкционно-теплоизоляционные ρ_о = 500 - 1400 кг / м³ (для ограждающих конструкций);

- Теплоизоляционные - менее 500 кг / м³.

Тротуарная плитка. Применяют для устройства тротуарных, пешеходных, садово-парковых дорожек. Изготавливают из мелкозернистого силикатного бетона. Применение пигментов позволяет получить плитку с различной цветовой гаммой.