2015-03-07
2485
I Определение водопоглощения, открытой пористости и плотности
Для испытаний берутся образцы кирпича ввиде целых изделий и отколотые или выпиленные образцы из облицовочных плиток и плиток для полов объемом 50...100 см3. Образцы высушиваются до постоянной массы, очищаются от пыли и грязи, взвешиваются: кирпичис погрешностью1 г, а другие образцы с погрешностью 0,01 г.
Для определения водопоглощенияобразцы стеновой керамики насыщают водой комнатной температурыв течение48 часов.
Предварительно определяют геометрические размеры кирпича с погрешностью 0,1 мм.
Каждый линейный размер вычисляют как среднее арифметическое трех измерений – двух параллельныхдруг другу ребер и средней линии между ними. Затем образцы кирпича укладывают в сосуд с водой на ложковые грани в один ряд на подкладку. Уровень воды в сосуде должен быть выше верха образцов в пределах 2…10 см. Расстояние между образцами должно быть не менее 2 см.
Через 48 часов образцы вынимают из сосуда с водой, обтирают влажной мягкой тканью и взвешивают не позднее чем через 5 минут, чтобы определить их массу в насыщенном водой состоянии. Масса воды, вытекшая из пор образца на чашку весов, должна включаться в массу насыщенного водой образца.
Образцы керамических плиток насыщаются водой при их кипячении в течение 3 часов с последующим охлаждением в воде при температуре 20±2 оС. При кипячении образцы помещают на сетчатую подставку. Охлажденные в воде образцы вытирают влажной тканью и взвешивают.
При необходимости ускорения испытаний допускается производить насыщение образцов кирпича в течение 2 часов, а образцов плиток и труб в течение 1 часа кипячением, при этом процесс насыщения остается неизменным, а установленный показатель водопоглощения по массе в процентах умножается на коэффициент 1,1 (установлен сравнительными определениями водопоглощения).
Для определения открытой пористости образца, равной его водопоглощению по объему Wоб, и средней плотности образца необходимо определить его объем.
Для образцов неправильной геометрической формы применяют объемомер (рисунок 5) или лабораторные весы с кронштейном для гидростатического взвешивания (рисунок 13).
Рисунок 13 − Схема гидростатического взвешивания
На чашку 3 весов 1 ставят стакан 4 с водой, куда опускают парафинированный образец 5, подвесив его за нитку 6 на кронштейне 7. Образец предварительно взвешивают на воздухе. После установки на весы стакана с водой его взвешивают и, повторно нажав кнопку ВКЛ., обнуляют дисплей 2. После опускания образца в воду дисплей весов покажет массу образца в воде. Разница масс образца на воздухе и в воде равна его объему в мл.
Водопоглощение по объему показывает степень заполнения водой объема образца и характеризует величину открытой пористости образца
m нас. – m сух.
W об = p от = ----------------- · 100%, (11)
r воды · Vобр
где m сух. – масса сухого образца, г; m нас – масса насыщенного водой образца, г; r воды – плотность воды, г/см3; V обр – объем образца, см3.
Плотность образцов изделий строительной керамики определяют по формуле
m сух.
r обр = -------, г/см3, (12)
V обр
где m сух. – масса сухого образца, г; Vобр – объем образца, см3.
Водопоглощение, открытую пористость и плотность керамических материалов и изделий вычисляют как среднее арифметическое результатов параллельных испытаний трех образцов.
2 Определение пределов прочности кирпича при изгибе и сжатии
Для испытания на изгиб используют целые кирпичи (без трещин), на постелях которых выравнивают места опирания катков и приложения нагрузки слоем цементно-песчаного раствора толщиной не более 3 мм и шириной 25…30 мм. Вместо раствора допускается применять прокладки из строительного войлока толщиной 5 мм.
Образцы до испытания выдерживают в помещении не менее 3 суток. Обмер образцов производят металлической линейкой с погрешностью 1 мм. Высоту определяют как среднее арифметическое значение двух измерений боковых граней, а ширину как среднее арифметическое двух измерений верхней и нижней граней.
При испытании образец укладывают на ложок (b = 120 мм, h = 65 мм) на два опорных катка 2, расстояние между которыми l = 200 мм, посередине пролета прикладывают сосредоточенную нагрузку через третий каток 1 (рисунок 14). Нагрузку на образец передают через прокладки из раствора или войлока 3, непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение не ранее чем через 20 с после начала испытания.
Предел прочности при изгибе отдельного образца определяют по наибольшей нагрузке P, установленной при испытании, с учетом геометрических характеристик его сечения.
1 2 3
Рисунок 14 − Схема испытания кирпича на изгиб
1 – стержни цилиндрические стальные для восприятия нагрузки при испытании; 2 – места опирания образца на упоры; 3 – слои цементного раствора состава 1:3 толщиной 3…5 мм; N – разрушающая нагрузка.
Пределы прочности при сжатии и изгибе для кирпича испытываемой партии вычисляют с погрешностью 0,1 МПа как среднее арифметическое значение результатов испытания пяти образцов.
Для испытания на сжатие кирпич распиливают или разделяют любым способом на две равные половины без раздробления.
Допускается применять половинки, полученные в результате испытания кирпича на изгиб. Обе половины кирпича накладывают постелями одна на другую местами распила в разные стороны и соединяют цементно-песчаным раствором. Верхнюю и нижнюю поверхности образцов выравнивают тем же раствором с соблюдением их параллельности.
Вместо раствора допускается применять прокладки из строительного войлока толщиной 5 мм.
Испытаниепроизводят на прессе,устанавливая образец в центре опорной плиты и плотно прижимая верхней плитой пресса, которая должна прилегать по всей верхней грани образца (рисунок 15).
Нагрузка на образец при испытании должна возрастать равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20...60 секунд после начала испытания. Величина разрушающей нагрузки должна составлять не менее 10 % от предельно развиваемого прессом усилия. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляют путем деления максимальной нагрузки, отмеченной при испытании, на площадь поперечного сечения образца, которая вычисляется как среднее арифметическое двух измерений площадей верхней и нижней граней
Рисунок 15 – Схема испытания кирпича на сжатие
1 – слои цементного раствора состава 1:3 толщиной 3…5 мм;
N – разрушающая нагрузка.
По этим результатам с учетом наименьших показателей прочности, установленных при испытании отдельных образцов, в соответствии с техническими требованиями ГОСТ 530, устанавливают марку кирпича по прочности (таблица 16).
Таблица 16 − Технические требования к прочности керамического кирпича
| Марка кирпича | Предел прочности, МПа, не менее | |||||
| при сжатии | при изгибе | |||||
| для кирпича всех видов и камней | для полнотелого кирпича пластического формования | для полнотелого кирпича полусухого формирования и пустотелого кирпича | ||||
| средняя для пяти образцов | наименьший для отдельного образца | средний для пяти образцов | наименьший для отдельного образца | средний для пяти образцов | наименьший для отдельного образца | |
| 30,0 25,0 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 | 25,0 20,0 17,5 15,0 12,5 10,0 7,5 5,0 | 4,4 3,9 3,4 3,1 2,6 2,5 2,2 1,8 | 2,2 2,0 1,7 1,5 1,4 1,2 1,1 0,9 | 3,4 2,9 2,5 2,3 2,1 1,9 1,6 1,4 | 1,7 1,5 1,3 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 |
Все четыре показателя прочности испытанной партии кирпича (R сж средний, R сж наименьший, R изг средний, R изг наименьший) должны соответствовать данным одной строки таблицы ГОСТа для определяемой марки.
Если хотя бы один из четырех показателей окажется меньше – марка партии кирпича принимается на одну ступень (строку) ниже.
Выводы по работе
По результатам испытаний установить и проанализировать зависимости между плотностью, водопоглощением и открытой пористостью изделий строительной керамики различной степени спекания.
Увязать полученные результаты с назначением и условиями эксплуатации различных изделий. Сделать выводы о соответствии испытанных материалов требованиям ГОСТ по водопоглощению.
Дать заключение о марке керамического кирпича по прочности.
Контрольные вопросы
1 Что является сырьем для производства керамических материалов?
1 Диабазы, базальты.
2 Глины, трепелы, диатомиты.
З Известняки, известковые туфы.
4 Гипсосодержащие горные породы.
2 Каков химико-минералогический состав сырья для производства изделий строительной керамики?
1 Аморфный и кристаллический кремнезем.
2 Карбонаты и сульфаты кальция с песчаными примесями.
3 Водные алюмосиликаты с железистыми, карбонатными и другими примесями.
4 Безводные алюмосиликаты с различными примесями и добавками.
3 Какую роль в керамической шихте выполняют отощающие добавки?
I Понижают водопотребность шихты и уменьшают усадку при сушке.
2 Понижают температуру спекания шихты.
3 Повышают плотность и прочность изделий.
4 Уменьшают плотность и повышают пористость изделий.
4 Какие добавки способствуют уменьшению плотности и повышению пористости керамических изделий?
I Шамот.
2 ПАВ.
3 Угольная мелочь.
4 Полевые шпаты.
5 Какие процессы определяют спекание керамических изделий?
1 Процессы удаления химически связанной воды из сырьевой смеси.
2 Процессы частичного плавления сырья при обжиге.
3 Процессы разложения минералов сырья и образование аморфных кремнезема и глинозема.
4 Процессы разложения карбонатных примесей и выгорание органики.
6 По какому показателю оценивают степень спекания керамического черепка?
1 По водопоглощению по массе.
2 По общей пористости.
3 По прочности черепка.
4 По открытой пористости.
7 Для чего используют весы с приспособлением для гидростатического взвешивания?
1 Для определения массы образца в сухом состоянии.
2 Для определения массы образца в насыщенном водой состоянии.
3 Для определения объема образца.
4 Для определения пористости образца.
8 Как практически определяется показатель открытой пористости керамических образцов?
I По показателям плотности вещества и плотности материала.
2 По показателю водопоглощения по объему.
3 По показателю водопоглощения по массе.
4 По массе образца в сухом состоянии и объему образца.
9 Как устанавливают марку керамического кирпича по прочности?
I По среднему результату определения предела прочности на сжатие пяти стандартных образцов.
2 По средним результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб без учета наибольшего и наименьшего показателей прочности.
3 По средним результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб с учетом наименьших показателей прочности отдельных образцов.
4 По наименьшим результатам испытаний пяти стандартных образцов на сжатие и изгиб.
10 Как повысить эффективность изделий стеновой керамики?
1 Повышение плотности и прочности стеновых материалов с целью улучшения их конструктивного качества.
2 Значительное увеличение размеров и массы изделий для повышения уровня индустриализации кладочных работ.
3 Выпуск пустотелых керамических изделий укрупненных размеров с целью экономим материальных и трудовых ресурсов при возведении стен.
4 Выпуск изделий разных по размерам и свойствам для различных условий эксплуатации.
Лабораторная работа № 4
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ПО ВНЕШНЕМУ ВИДУ
1 Требования к качеству и приемка изделий
Керамические кирпичи (рядовые − 250×120×65 мм и утолщенные − 250×120×88 мм) и камни (250×120×138 мм) сплошные (пустотность до 13 %) и эффективные (пустотность до 45 %) являются самыми массовыми изделиями, применяемыми для каменной кладки в зданиях и сооружениях (рисунок 16).
Кирпичи и камни керамические выпускают марок по прочности 75...300 с вертикальными пустотами и марок 25...100 − с горизонтальными пустотами. Морозостойкость F 15, 25, 35, 50 циклов, водопоглощение не менее 8 % у полнотелых и не менее 6 % у эффективных изделий. Пустоты могут быть сквозными и несквозными, круглыми диаметром не более 20 мм, квадратными со стороной не более 20 мм, щелевидными шириной не более 16 мм. Поверхность изделий должна быть плоской, ребра − прямолинейными или закругленными (r ≤ 15 мм), ложковые и тычковые грани − гладкими или рифлеными.
Допуски для оценки качества кирпича по дефектам внешнего вида (таблица 17).
Таблица 17 − Дефекты внешнего вида кирпича керамического
| Вид дефекта внешнего вида | Допустимое число дефектов на 1 изделие |
| Отбитости углов глубиной 10...15 мм, в том числе − для нелицевых углов лицевых изделий | 2/-* |
| Отбитости и притупленности ребер глубиной до 10 мм и длиной 10...15мм, в том числе для нелицевых ребер лицевых изделий | 2/1* |
| Трещины протяженностью до 30 мм по постели полнотелого кирпича, в пустотелом − до 1-го ряда пустот с глубиной на всю высоту кирпича или на 0,5 высоты камня: − на ложковых гранях, в том числе − для нелицевых граней лицевых изделий; − на тычковых гранях, в том числе − для нелицевых граней лицевых изделий | 1/-* 1/-* |
| Кирпич-половняк | ≤ 5 % объема партии |
Примечание: * − для лицевых поверхностей изделий по ГОСТ 7484-78.
Приемку по внешнему виду проводят по двухступенчатому плану альтернативного контроля (таблица 18).
Таблица 18 − Правила приемки кирпича керамического по внешнему виду
| Объем партий изделий, шт. | Ступень контроля | Объем выборки, шт. | Общий объем выборки, шт. | Приемочное число Ае | Браковочное число Re |
| 10001−35000 | I | ||||
| II | |||||
| свыше 35000 | I | ||||
| II |
Вторую ступень контроля проводят, если число изделий с дефектами превышает число Ае, но меньше числа Re I-й ступени.
Для приемосдаточных испытаний кирпича керамического по другим показателям из выборки изделий, принятых по внешнему виду, отбирают число образцов в соответствии с таблицей 19 с примечаниями.
Примечания к таблице 19
* − для изделий пластического формования из лессов, трепелов, диатомитов;
** − масса для камней, кг;
*** − водопоглощение для пустотелых изделий;
(КСГ) − карбонатосодержащие глины;
(+ДТ) – глины с добавкой диатомитов и трепелов;
(ДТ) − лицевые кирпичи из диатомитов и трепелов.
Недожог и пережог – не допускаются.
2 Характеристика технологических воздействий на керамические изделия
2.1 Приготовление формовочной массы
Глины как осадочные породы перемежаются с линзами песков, известняков и другими примесями. Заготовку глины производят с усреднением состава на складе вылеживания. Формовочные массы составляют из глин, отощителей, порообразователей и они проходят через операции измельчения (вальцы камневыделительные и тонкого измельчения с зазором 1…2 мм, смесительные бегуны и др.), пароувлажнения до ω = 18...22 % при пластическом способе формования или 6…8 % при полусухом способе прессования. Итог этих операций – гомогенная смесь, не содержащая зерен СаСО3 крупнее 0,5...0,8 мм для предупреждения появления "дутиков" в изделиях (отслоений сверхдопустимых размеров на поверхностях).
2.2 Формование изделий
Формование кирпича керамического при полусухом прессовании выполняется пресс-автоматами, при пластическом формовании – вакуум-прессами (рисунок 18). В вакуум-прессе формовочная масса проходит через отделение окончательного смешения 1, отделение уплотнения 3, решетку с ножами 4, вакуум-камеру 5 с разрежением 90…96 кПа для снижения объема пузырьков воздуха, захваченных в смесителе с 2...4 до 0,4…0,5 %.
Воздух затрудняет смачивание глины, мешает ее равномерному уплотнению, деформирует глиняный брус после мундштука, способствует образованию свилей при сушке и обжиге.
Далее масса уплотняется в цилиндре 7 и через переходную головку 8 и мундштук 9 выходит брусом на резательный стол.
Формующие поверхности мундштука изготовляются из специальных твердых сплавов или износостойкого чугуна. Не должно быть качаний выпорного вала 6 и увеличения просвета между краями лопастей вала и стенкой цилиндра 7 сверх 2...3 мм. При большом просвете возможно обратное течение глины вдоль стенок цилиндра и расслоение массы.
1 Кирпич с 19 пустотами 2 Кирпич с 32 пустотами
(пустотность 13 %) (пустотность 22 %)
3 Кирпич с 21 пустотами (пустотность 34 %, 45 %)
4 Кирпич с 18 пустотами 5 Кирпич с 28 пустотами
(пустотность 29 и 38 %) (пустотность 32 и 42 %)
6 Камень с 7 пустотами 7 Камень с 18 пустотами
(пустотность 25 %, 33 %) (пустотность 27 и 36 %)
Рисунок 16 – Рекомендуемые формы и размеры изделий
пластического формования
1 Кирпич прессованный с 8 несквозными отверстиями (пустотность 11 %)
2 Кирпич прессованный с 3 сквозными отверстиями (пустотность 2,25 %)
3 Кирпич экструзионный с 6 горизонтальными пустотами
4 Камень экструзионный с 30 пустотами и пустотой для захвата при кладке
(пустотность 45 %)
Рисунок 17 − Рекомендуемые формы и размеры изделий прессованных
и экструзионного формования
2.3 Сушка отформованных изделий
Сушка отформованных изделий производится в течение 48…72 ч. обычно в туннельных сушилках, где теплоносителем является отработанный горючий газ обжиговых печей с t = 90...120°С. Обязательными операциями является раздвижка кирпичей на полках вагонеток, контроль температуры и ритма толкания. Влажность кирпича после сушки должна находиться в пределах 6...8%.
Дефекты после сушки показаны в таблице 20
Таблица 19 – Порядок приемосдаточных испытаний партии кирпича, прошедшей приемку по внешнему виду
| Наименование показателя | Величина допуска | Вид испытаний, количество образцов | Условия приемки | ||
| кирпич и камни керамические (по ГОСТ 530) | кирпич и камни лицевые (по ГОСТ 7484) | приемосдаточные | периодические | ||
| Размеры: − длина, мм − ширина, мм − толщина, мм − тоже для камня, мм | ± 5 (± 7)* ± 4 (± 5)* ± 3 ± 4 | ± 4 ± 3 ± 3… - 2 | 24 кирпича по ГОСТ 530, 25 кирпичей (15 камней) по ГОСТ 7484 | − − − − | Партия принимается, если стандарту не удовлетворяет одно изделие, если два – партия не принимается |
| Отклонение от перпендикулярности граней, мм | ± 3 (± 4)* | ± 2 (для лицевых граней) | − | ||
| Непрямолинейность лицевых поверхностей и ребер, мм: − по ложку − по тычку | - - | ≤ 3 ≤ 2 | 25 кирпичей или 15 камней по ГОСТ 7484 | − – | При неудовлетворительных результатах первой пробы образцов по какому-либо показателю делаются повторные испытания на удвоенном количестве образцов. В случае отрицательного результата партия не принимается |
| Посечки a ≤ 0,5; l ≤40 мм | - | ≤ 2 штук на кирпиче | по ГОСТ 7484 | − | |
| Известковые включения: − отколы от «дутиков» на поверхности размером 3…10 мм по наибольшему измерению; − отколы на поверхности глубиной более 6 мм | не более 3 отколов не допускаются | не должно быть отколов, видимых с расстояния l =10 м, в том числе - -пятен | 5 штук | 5 (раз в 2 недели, при изменении содержания карбонатов в сырье) | |
| Масса, кг | ≤ 4,3; (≤ 16)** | ≤ 14, ≤ 12 (КСГ) | − | ||
| Водопоглощение, % | ≥ 8; (≥ 6)*** | ≤ 20 (+ДТ), ≤ 28 (ДТ) | 3 (ГОСТ 7484) | ||
| R сж: − камней − кирпичей | Таблица 3 ГОСТ 530 | Таблица 3 ГОСТ 7484-78 | − − | По результатам испытания присваивается марка | |
| R изг: − кирпичей марки 75, 100 − кирпичей марки ≥ 125 | См. табл. 3 ГОСТ 530-95 или табл.8 в ЛР № 2 | Табл.3 ГОСТ 7484 | − | − | |
| Морозостойкость, циклов | ≥ 15 | ≥ 25 | 5 (ГОСТ 7484) |
Рисунок 18 − Горизонтальный ленточный вакуумный пресс:
1 − смеситель. 2 − лопасти. 3 − уплотняющие винты. 4 − решетка с ножами. 5 − вакуум-камера. 6 − вал.
7 − корпус (цилиндр) пресса. 5 − переходная головка. 9 − мундштук
Таблица 20 – Дефекты кирпича после сушки
| Дефект | Эскиз дефекта | Причины появления | Последствия |
| Увеличение времени сушки | 
| Подсос воздуха через неплотности сушила; плотная укладка сырца на полках вагонеток | Снижение эффективности сушки |
| Деформация кирпичей | 
| Увеличение расстояния между опорными планками, тряска при транспартировании | Превышение допуска по прямолинейности, отклонения от вертикали |
| "Сушильные" трещины (рамочные) | 
| Ускоренный подъем температуры в начале сушки − повышение Ñt, ÑW по сечению. Слабый вакуум в прессе | Отбраковка по внешнему виду снижение марки по прочности |
| Краевые трещины вдоль ложка | 
| Нарушение правил укладки кирпича, тряска при транспортировании | Отбраковка кирпича по внешнему виду |
| Помятости на гранях и ребрах | 
| Небрежная укладка, повышенная влажность сырца, тряска на путях перекатки | Отбраковка кирпича по внешнему виду |
| Мелкие трещины на поверхности | 
| Пониженная температура и повышенная влажность теплоносителя в начале сушки − "точка росы" | Отбраковка кирпича по внешнему виду |
| Отрыв пластинок массы от поверхности − "облопки" | 
| Повышенное давление пара внутри сырца при высокой температуре теплоносителя | Отбраковка кирпича по внешнему виду |
4 Обжиг изделий
Обжиг изделий выполняется в туннельных печах на горючем природном газе, результатом обжига являются физико-химические превращения глины в черепок.
При температурах 110...120°С удаляется свободная вода; 200...450°С выгорают порообразующие добавки; 450...700°С удаляется химически связанная вода; 900...1200 °С минералы разлагаются на отдельные оксиды, появляются легкоплавкие соединения, переходящие в жидкий расплав, обволакивающий своей пленкой остальные твердые частицы. Происходит стяжение этих частиц поверхностным натяжением расплава через деформацию жидкостных манжет, уменьшается межзерновая пористость (рисунок 19).
|
В таблице 21 представлены возможные дефекты кирпича керамического после обжига.
3 Проведение оценки качества кирпича
Измерение дефектов внешнего вида производится с помощью металлических линеек и угольников с делениями по 1,0 мм, а штангенциркуля, точность измерений – с погрешностью 1 мм.
Отклонения от перпендикулярности измеряется для тычковых граней приложением длинной стороны угольника к ложковой грани.
Непрямолинейность измеряется для ложковых граней по наибольшему просвету между линейкой, приложенной к ложку и его поверхностью.
Результаты измерений отклонений фактических размеров от номинальных, величин дефектов внешнего вида заносятся в регистрационные таблицы.
Обобщение результатов позволяет сделать вывод о соответствии кирпича требованиям ГОСТ.
Таблица 21 – Возможные дефекты кирпича керамического после обжига
| Дефект | Эскиз дефекта | Причины появления дефекта | Последствия |
| Перерасход теплоносителя | 
| До 80…90% потока теплоносителя проходит через боковые и верхний уширенные зазоры садки | Появление дефектов, приведенных в данной таблицы. |
| Неравномерный обжиг по сечению садки | Неравномерное распределение потока теплоносителя в попер. сечении садки, не работает песочный затвор | Неоднородность спекания черепка и свойств кирпича | |
| Трещинообразование в кирпичах по периметру садки | 
| Перегрев и затем резкое охлаждение кирпича − несоблюдение режима обжига | Отбраковка кирпича как половняка |
| Пиропластическая деформация кирпича | 
| Перегрев кирпича с краевым опиранием | Отбраковка кирпича из-за непрямолинейности |
| Пережог до газовыделения в толще кирпича | 
| Перегрев кирпича до температуры газовыделения из минералов черепка | Отбраковка кирпича из-за непрямолинейности |
| Недожог |
| Неравномерное распределение температуры по сечению садки | Отбраковка по недожогу |
| Обрушение садки | Неустойчивая садка, тряска на рельсах, наезд на выступы стен камеры − "пузо" в створе | Повышение % отбраковки | |
| Деструкция черепка | Деструкция черепка из-за высокой скорости охлаждения после стекания | Понижение прочности, повышение водопоглощения |
