Вопрос 19 Керамические материалы. Технология производства и эксплуатационные особенности применения различных видов кирпича, их технико-экономические показатели

Керамическими называют изделия и материалы, получаемых из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования и обжига. В современном строительстве керамические материалы и изделия используют для возведения стен и покрытий зданий, облицовки полов, стен, фасадов, кладки печей и дымовых труб, устройства канализации и дренажа и для других целей. Материал (тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком.

Строительные керамические изделия классифицируют по структуре керамического черепка, по их конструктивному назначению, состоянию поверхности и т. д.

По конструктивному назначению керамические материалы и изделия разделяют на следующие группы: стеновые (кирпич, камни керамические, стеновые блоки и панели из кирпича); для перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия и покрытия из керамических камней); для облицовки фасадов зданий (кирпич и камни керамические лицевые, фасадные плитки, ковровая керамика и др.); для внутренней облицовки (глазурованные плитки и фасонные детали к ним, плитки для полов);

По структуре черепка различают пористые и плотные керамические материалы. У пористых материалов черепок в изломе тусклого землистого вида, легко впитывает воду, пористость его более 5%. К пористым керамическим изделиям относят кирпич, пустотелые камни, черепицу и др. Плотные материалы белые или равномерно окрашенные имеют спекшийся в изломе блестящий раковистый черепок, пористость которого не превышает 5 %, не пропускают жидкости и газы. Среди плотных керамических изделий следует назвать плитки для полов, кислотостойкий кирпич и др.

Керамические изделия могут быть также глазурованными и неглазурованными. Глазурь - стекловидное покрытие, закрепленное обжигом, придает изделиям стойкость к внешним воздействиям, водонепроницаемость и высокие декоративные качества.

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются глины. Для улучшения технологических свойств глин, а также придания готовым изделиям определенных физико-механических свойств применяют отстающие, выгорающие и пластифицирующие добавки. Глина - тонкодисперсная фракция горных пород, способная образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму и приобретающее после обжига твердость камня. В составе глин могут присутствовать неразложившиеся зерна полевого шпата, известняка, а также железистые, органические и другие вещества. Крупные зерна известняка в составе глин являются вредными примесями, так как при обжиге они превращаются в известь, которая затем на воздухе гасится и, увеличиваясь в объеме, разрушает керамические изделия.

Добыча глины. Глину для производства керамических материалов и изделий добывают в карьерах, расположенных обычно в непосредственной близости от завода, одно или многоковшовыми экскаваторами и другими машинами и механизмами. 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 и естественном состоянии обычно непригодна для формования изделии и нужно разрушить природную структуру глины, удалить из нее вредные примеси, измельчить крупные включения, смешать глину с добавками, а также увлажнить ее, чтобы получить удобоформуемую массу. Сырьевую смесь готовят полусухим, пластическим или мокрым (шликерным) способами. Выбор того или иного способа зависит от свойств сырьевых материалов, соста­ва керамических масс и способа формования изделии, а также от их размеров и назначения. При полусухом способе сырьевые материалы высушивают, дробят, размалывают и тщательно перемешивают. Полусухой способ подготовки сырьевой смеси 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 18-23 Пластическим способом готовят сырьевую смесь для производства керамического кирпича пластического формования, керамических камней, черепицы, труб и др. При шликерном способе сырьевые материалы предварительно измельчают и порошок а затем тщательно смешивают в присутствии большого количества воды, получая однородную суспензию (шликер). Этот способ применяют при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток и др.

Формование изделий. Формуют керамические изделия различными способами: пластическим, полусухим. Выбор способа формования зависит от вида изделий, а также от состава и физико-механических свойств сырья. Пластический способ формования - изготовление изделий из пластических глиняных масс на прессах – наиболее распространен в производстве строительных керамических изделий. 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 различ­ных формы и размеров. Непрерывно выходящий из пресса брус разрезает на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий автоматическое резательное устройство. Полусухим способом (влажность 12%) формуют облицовочные плитки, плитки для полов к другие тонкостенные керамические изделия. Этим способом можно изготавлять кирпич и другие изделия из малопластичных, тощих глин, что расширяет сырьевую базу производства изделий строительной керамики. Существенное преимущество полусухого способа формования по сравнению с пластическим - применение глиняной массы с меньшей влажностью, что значительно сокращает или даже исключает сушку сырца.

Сушка изделий. Сформованные изделия (сырец) необходимо сушить, чтобы снизить их влажность, например кирпич-сырец сушат до влажности 8-10%. За счет сушки повышается прочность сырца, предотвращаются растрескивание и деформация его в процессе обжига. Сушка может быть естественной и искусственной. Естественная сушка в сушильных сараях не требует затрат топлива, но продолжается очень долго (10- 15 сут) и зависит от температуры и влажности окружающей среды (воздуха). Кроме того, для естественной сушки требуются помещение большой площадью. В настоящее время на крупных заводах, как прави­ло, производят искусственную сушку сырца в камерных сушилках периодического действия и туннельных непрерывною действия.

Обжиг изделий - завершающий этап технологического процесса производства керамических изделий. Процесс обжига можно условно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение. В результате обжига керамическое изделие приобретает камневидное состояние, высокие прочность, водостойкость, мо­розостойкость и другие строительные свойства. Обжигают керамические изделия в кольцевых, тун­нельных, щелевых, роликовых и других печах.

Сортировка и хранение керамических изделий. При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог и пережог. Сортность изделии устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов и соответствии с требованиями ГОСТа. После сортировки изделия направляют на склад, где хранят до отправки на строительство. Кирпич и керами­ческие камни укладывают в елочные пакеты или на поддоны и хранят на открытых площадках.

Стеновые керамические материалы и изделия. Среди большой группы стеновых керамических материалов и изделий в настоящее время наиболее распространены керамический кирпич, различные виды эффективных керамических материалов, а также стеновые кирпичные панели.

Кирпич керамический полнотелый имеет форму прямоугольного паралле­лепипеда размером 250х120х65 мм или 250х120х88 мм. Для модульного кирпича толщиной 88 мм обязательное наличие технологических пустот. Кирпич должен быть нормально обожжен. Кирпич-недожог алого цвета, пониженной плотности и морозостойкости, кирпич-пережог отличается большой плотностью, прочностью и сравнительно высокой теплопроводностью.

Плотность кирпича в сухом состоянии колеблется в пределах 1600-1900 кг/м³, а теплопроводность – 0,71-0,82 ВТ/(м^оС). Эти свойства кирпича зависят от способа его изготовления. Большую плотность, а следовательно, и большую теплопроводность имеет кирпич полусухого прессования. Водопоглощение кирпича, высушенного до постоянной массы, должно быть не менее 8 %. Меньшая величина водопоглощения свидетельствует о повышенной теплопроводности кирпича, что нежелательно. По морозостойкости насыщенный водой кирпич должен выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждении (расслоения, выкрашивания и т.д.) не менее 15 циклов попеременного замораживания.

Керамический кирпич применяют для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий. Кроме того, из пего изготовляют кирпичные панели.

Для уменьшения массы и толщины наружных стен взамен обычного кирпича широко применяют эффективные керамические материалы, которые характеризуются меньшей плотностью, более низкой теплопроводностью, чем обычный кирпич, но обладают достаточной прочностью.

Пустотелый кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен зданий и для заполнения стен каркасных зданий. Не разрешается использовать этот кирпич для кладки стен зданий бань, прачечных и т.п. Из пустотелых камней возводят несущие стены и перегородки, стены каркасных зданий, изготовляют кирпичные панели. Применяя пустотелые керамические камни, удается снизить, толщину и массу стен, снизить трудоем­кость кладки и ее стоимость.

К эффективным керамическим материалам относят также сплошные и пустотелые кирпичи и камни, которые изготовляют из смеси глины и диатомитов или трепелов путем пластического или полусухого формования и последующего обжига. Плотность их от 700 до 1500 кг/м3. Кирпич и камни выпускают пяти марок: 200, 150, 125, 100 и 75. Применяют их для кладки наружных и внутренних стен зданий и сооружений.

Стеновые кирпичные панели представляют собой индустриальные изделия заданных размеров, в которых отдельные кирпичи или керамические камни сцементирова­ны в монолит цементно-песчаным раствором. По назначению различают панели для наружных и внутренних стен, а также специальные панели (цокольные, вентиля­ционные и др.).