Керамические материалы и изделия. Виды, состав, свойства и применение в строительстве. Поведение при нагревании. Основные теплофизические и механические характеристики

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготавливаемые из минерального сырья путем формирования и последующего обжига при высоких температурах.

По структуре различают керамические изделия с пористым и со спекшимся (плотным) черепком. Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение по массе превышает 5%, - кирпич сплошной, пустотелый, керамические камни, черепица, облицовочные плиты, дренажные трубы и т.д.

Спекшимся считают черепок с водопоглощением менее 5%. К ним относятся: дорожный кирпич, плитки для полов, фарфоровые изделия.

По конструктивному назначению различают керамические изделия: для стен (кирпич и керамические камни); облицовки фасадов (лицевой кирпич, плитки); перекрытий (пустотелые камни); кровли (черепица); санитарно-технические изделия (изделия из строительного фаянса); теплоизоляции (легкий кирпич, фасонные изделия); а также заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

ПРИМЕНЯЮТ керамические изделия в соответствии с их назначением: кирпич и керамические камни - для возведения малоэтажных и многоэтажных зданий и сооружений; керамическую плитку и лицевой кирпич - при выполнении облицовочных наружных и внутренних работах; дорожный кирпич и керамические трубы - для строительства дорог и подземных коммуникаций; черепицу - для устройства кровель; легкие керамические изделия - для теплоизоляции.

Классификация керамических изделий

Большой ассортимент керамических изделий, выпускаемых промышленностью для использования в строительстве, можно классифицировать на следующие группы в зависимости от их назначения: стеновые, облицовочные, кровельные, для полов, дорожные, теплоизоляционные, огнеупорные, кислотоупорные и санитарно-технические.

Поскольку все керамические материалы и изделия в процессе их получения подвергаются обжигу при высоких температурах, то повторное действие высоких температур в условиях пожара не оказывает существенного влияния на их физико-механические свойства, если эти температуры не достигают температур размягчения (плавления) материалов. Пористые керамические материалы (кирпич глиняный обыкновенный и др.), получаемые обжигом, не доводимым до спекания, могут поддаваться воздействию умеренно высоких температур, вследствие чего возможна некоторая усадка выполненных из них конструкций. Воздействие высоких температур при пожаре на плотные керамические изделия, обжиг которых ведется при температурах около 1300°С, практически не оказывает какого-либо вредного влияния, так как температура на пожаре не превышает температуры обжига. Красный глиняный кирпич является наилучшим материалом для устройства противопожарных стен.

К теплофизическим свойствам керамики относятся ее теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, лучеиспускание.

Теплоемкость тела — это физическая величина, определяемая отношением количества теплоты, поглощенной телом при нагревании, к изменению его температуры.

Теплоемкость - Количество теплоты необходимое для нагревания данного тела на 1°

Теплопрово́дность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры. Количественно тепловое расширение жидкостей и газов при постоянном давлении характеризуется изобарным коэффициентом расширения (объёмным коэффициентом теплового расширения). Для характеристики теплового расширения твёрдых тел дополнительно вводят коэффициент линейного теплового расширения.

Лучеиспускание — это процесс, при котором тепло передается от более горячего тела к более холодному, когда оба тела разделены воздушной прослойкой или между ними существует вакуум.

Механические свойства

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению в результате действия внешних нагрузок. При сжатии внешние силы стремятся сблизить между собой элементарные частицы материала, при растяжении — отдалить их одну от другой.

Прочность характеризуется пределом прочности, т. е. наибольшим напряжением, при котором происходит разрушение материала. В зависимости от характера приложения нагрузки различают предел прочности при сжатии и растяжении.

Ударная вязкость материала характеризуется пределом прочности при ударном изгибе. Ударная вязкость — один из важнейших эксплуатационных показателей керамических изделий, так как он определяет способность материалов не давать трещин и не разрушаться под воздействием ударных изгибающих нагрузок. Оценивается работой до разрушения надрезанного образца при ударном изгибе, отнесенной к площади его сечения в месте pro надреза; выражается в Дж/м2.

Твердость - способность материала сопротивляться вдавливанию в него другого более твердого материала. Твердость характеризует прочность поверхностных слоев материала.

Истираемость — способность материала сопротивляться воздействию истирающих усилий. Истираемость характеризуется уменьшением массы изделия в результате износа его поверхности в процессе эксплуатации.