Керамические материалы

Категория:
Промышленные материалы


Керамические материалы

Керамическими называются материалы, получаемые из глинистых веществ с минеральными или органическими добавками или без них путем формования и последующего обжига.

Керамические материалы по характеру строения черепка делятся на изделия тонкой керамики, имеющие однородное, мелкозернистое строение черепка обычно белого цвета (фарфор, фаянс и др.), и изделия грубой керамики, имеющие неоднородное, крупнозернистое, рыхлое строение черепка с темной окраской (кирпич, черепица и др.).

По водопоглощению черепка () изделия бывают плотные (менее 5) и пористые (более 5%). К плотным материалам относятся: клинкерный кирпич, плитки для полов, фарфор и др.; к пористым — кирпич, черепица, облицовочные плитки, фаянс и др.

В строительстве наибольшее применение имеют грубокерамиче-ские, пористые изделия и значительно реже применяются тонкокерамические и плотные изделия.

Керамические материалы характеризуются высокой прочностью на сжатие, морозостойкостью, химической стойкостью, огнестойкостью, а также малой теплопроводностью и достаточными теплозащитными свойствами. Однако они имеют большую массу, малую прочность на изгиб и на растяжение и большую хрупкость.

Для повышения санитарно-гигиенических свойств, химической стойкости, водо- и воздухонепроницаемости, а также для придания приятного внешнего вида некоторые из них покрывают стекловидным слоем —.глазурью.

По назначению керамические материалы можно подразделить на стеновые, кровельные, облицовочные, санитарно-технические, огнеупорные и др.

Сырьем для производства керамических изделий являются пластичные и отощающие материалы. К пластичным относятся глина, каолин, бентонит и др., представляющие собой горные породы осадочного происхождения (с размером частиц менее 0,005 мм). При смешивании с водой они образуют пластичное тесто, которое после высыхания и обжига сохраняет приданную ему форму и приобретает твердость камня.

Образуются пластичные материалы в результате разрушения полевошпатных горных пород под влиянием воды, углекислоты и других факторов. Они имеют сложный химический, минералогический состав и зернистое строение, от чего зависят их свойства.

Вредными примесями глины являются окислы железа, марганца, а также включения углекислых и сернокислых солей. Окислы железа и марганца придают буроватую или красноватую окраску изделиям.

Скопления углекислых и сернокислых солей кальция вызывают образование в изделиях трещин и вздутий (дутик), которые понижают прочность, морозостойкость и водонепроницаемость изделий.

Сернокислые соли образуют на изделиях белые налеты (высолы), что ухудшает их внешний вид.

Основными свойствами глины, определяющими ее применение для производства керамических изделий, являются пластичность и огнеупорность. Под пластичностью понимается способность глиняного теста изменять форму под давлением без образования трещин и сохранять ее.

Пластичность глин зависит от степени дисперсности и формы глиняных частиц, а также от соотношений глиняных частиц и песка. Чем меньше песка, тем выше пластичность. Пластичность глин характеризуется числом пластичности. По пластичности глины делятся на высокопластичные — число пластичности 25; средней пластичности— 15—25, умеренно пластичные — 7—15, малопластичные 7 и непластичные (не дают теста).

Глины по степени огнеупорности делятся на огнеупорные (температура плавления выше 1580°С), тугоплавкие (1350— 1580°С) и легкоплавкие (ниже 1350°С). Огнеупорность глин зависит от содержания в них посторонних примесей. Глины с меньшим содержанием примесей имеют более высокую огнеупорность и применяются для производства фарфоро-фаянсовых изделий и огнеупоров.

В производстве керамических материалов строительного назначения используются преимущественно легкоплавкие глины и реже тугоплавкие (для облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и др.).

Каолинами называются наиболее чистые от окрашивающих примесей и менее пластичные глины. При обжиге они дают черепок белого цвета. Каолины применяются для фарфоро-фаянсовых изделий, облицовочных плиток и других изделий, к которым предъявляются высокие требования по белизне.

Бентонит представляет собой глиноподобный материал с высокими пластичными свойствами.

Пластичные материалы в процессе сушки и обжига дают большую усадку, доходящую иногда до 20%- Усадка их тем больше, чем выше пластичность. Усадка сопровождается деформацией и изменением размеров изделий, что часто приводит к короблению и образованию трещин, снижающих прочность и морозостойкость готовых изделий. Для уменьшения усадки в состав глиняных масс вводят отощающие добавки (35—50%) (песок, шамот, шлак и др.). Шамотом называется обожженная и размолотая глина. Отощающие добавки уменьшают усадку, понижают объемную массу, повышают пористость и теплозащитные свойства изделий.

Для повышения пористости и теплозащитных свойств изделий в глиняную массу вводят опилки, торф, паровозную изгарь, которые при обжиге изделий выгорают, оставляя поры и пустоты.

Качество керамических изделий зависит как от состава и соотношения исходных компонентов, так и от правильного ведения технологического процесса, в частности обжига. Изготовляются керамические материалы пластическим и полусухим прессованием и методом литья в гипсовые формы.

При пластическом прессовании глину вначале измельчают в вальцах грубого и тонкого помола. Отощающие материалы дробят, размалывают, просеивают, смешивают с глиной и увлажняют до 18—25%. Формуют изделия на ленточных вакуум-прессах. Из пресса глиняная масса проходит через специальное приспособление — мундштук (рис. 9), сечение которого определяет форму и размеры готового изделия. При изготовлении пустотелых изделий к мундштуку пресса прикрепляются специальные керны, которые при прохождении через них глиняной массы оставляют пустоты.

Пластическое прессование применяется при производстве глиняного кирпича полнотелого и пустотелого, пустотелых камней, черепицы и многих других крупногабаритных и полых изделий сложной формы.

Изделия, изготовленные пластическим прессованием, имеют шероховатую поверхность и притуплённые грани и углы.

При полусухом прессовании глина вначале подсушивается до 1—2% влажности, измельчается, смешивается с ото-щающими добавками, которые раздельно дробятся, измельчаются и просеиваются. Из получившейся порошкообразной массы с влажностью до 7—9% формуют изделия. Формование изделий производится в металлических формах с полированными стенками на рычажных или гидравлических прессах под давлением 10— 30 МПа. Изделия при этом имеют более правильную форму, острые грани и углы и гладкую ровную поверхность. Применяется оно для производства плоских изделий небольшой толщины и простых по форме.

После формования изделия подвергают сушке до остаточной влажности 1—7%. Сушка изделий производится в камерных или туннельных сушилках, после чего изделия обжигают. При этом закрепляется форма и формируются основные физико-механические и химические свойства. Обжиг производится в кольцевых или туннельных печах непрерывного действия и реже в горнах. В кольцевых печах сырец укладывается на под печи и остается на месте до конца обжига. Огонь перемещается по каналу печи. В туннельных же печах перемещается сырец, уложенный на вагонетки, зона огня находится на одном месте.

Более совершенными печами являются туннельные, которые обеспечивают более равномерный обжиг и более точное регулирование температуры- Температура обжига должна быть ниже температуры плавления глины. При слишком высокой температуре может произойти деформация изделий.

Стеновые материалы должны обладать невысокой объемной массой, малой теплопроводностью и высокой прочностью и морозостойкостью. Большое значение для стеновых материалов имеет правильность их формы и точность размеров. К стеновым материалам относятся кирпичи и камни, которые бывают полнотелые, пористые, пустотелые, пористо-пустотелые и др., а также панели. К камням относятся изделия, размер которых больше размеров обыкновенного кирпича.

Рис. 1. Мундштуки для формования: а — полнотелого кирпича; б — пустотелого кирпича; в — черепицы

Кирпич представляет собой искусственный камень в форме прямоугольного параллелепипеда размером 250Х120Х(65 и 88) мм. Выпускаются следующие виды кирпичей: обыкновенный и пустотелый.

Рис. 2. Виды пустотелых кирпичей: а — пустотелый кирпич с 19 отверстиями; б — семищелевой пустотелый камень

Обыкновенный кирпич изготовляется пластическим или полусухим прессованием из глины с содержанием отощающих добавок 40—50%, с последующим обжигом при температуре 950—1050 °С. Кирпич пластического формования имеет шероховатую поверхность, менее правильные и притуплённые грани и углы. Кирпич полусухого прессования имеет гладкую поверхность и острые грани и углы, при ударе должен издавать чистый звук.

По пределу прочности при сжатии (МПа) он делится на семь марок: 7,5; 10,0; 12,5; 15,0; 20,0; 25,0 и 30,0, при объемной массе 1,7—1,9 г/см3, водопоглощении не менее 8% и морозостойкости от 15 до 50 циклов. Кирпич пластического прессования более морозостоек, чем полусухого прессования.

Обыкновенный кирпич применяется для кладки стен, перегородок, печей, дымовых труб и т. д. Он имеет большую объемную массу и повышенную теплопроводность, из-за чего приходится делать кладку стен большой толщины.

Пустотелый кирпич (рис. 10) выпускается со сквозными или несквозными отверстиями — пустотами, благодаря чему он имеет повышенную пористость и меньшую объемную массу. Число пустот может быть от 13 до 115 и более. Пустотелый кирпич выпускается стандартных размеров одинарной и полуторной толщины 65 и 103 мм; по прочности на сжатие бывает четырех марок: 7,5; 10,0; 12,5 и 15,0, с объемной массой 1,3—1,5 г/см3, водопоглощением не менее 6% и морозостойкостью не менее 15 циклов. Применяется в основном там же, где и обыкновенный кирпич. Ввиду того что кирпич имеет отверстия, его не следует применять для кладки печей и дымовых труб.

Пористо-пустотелый кирпич имеет высокую пористость, которая достигается за счет введения в глину выгорающих добавок, а также топлива (75—90%), необходимого для его обжига. В качестве выгорающих добавок используются торф, опилки, измельченный уголь и др.

Выпускается и легкий кирпич из диатомитов и трепелов с прочностью от 3,5 до 10 МПа и объемной массой от 0,700 до 1,45 г/см3 и морозостойкостью не менее 10 циклов. Он применяется для наружных и внутренних стен помещений с нормальной влажностью.

Камни пустотелые имеют пористость и размеры больше, чем обыкновенный кирпич. Изготовляют их пластическим прессованием с различным количеством пустот, располагаемых перпендикулярно к постелям. Размеры пустотелого кирпича: толщина 138, 188 и 288 мм, длина 190, 250 и 290 мм и ширина 70, 90, 120 и 190 мм. Объемная масса до 1,45 г/см3, марки от 7,5 до 15,0. При использовании этих камней в качестве стенового материала очевидны преимущества перед обыкновенным кирпичом: уменьшается масса стены, расход сырья и строительного раствора.

Основным кровельным материалом является черепица глиняная (срок службы сто и более лет). Кровля в процессе службы не требует ухода. Она представляет собой отдельные пластины, изготовленные из пластичных глин путем пластического прессования.

Глиняная черепица по форме выпускается четырех видов: пазовая штампованная, пазовая ленточная, ленточная плоская и коньковая.

Пазовая штампованная черепица формуется в металлических или гипсовых формах и имеет размеры 372×216 мм. Размеры ленточной пазовой черепицы — 415×245 мм.

Глиняная черепица по форме и размерам должна строго соответствовать чертежам, иметь правильную форму, не иметь трещин и деформации. Морозостойкость черепицы должна быть не менее 25 циклов, а прочность на изгиб — не менее 7,0 МПа. Для крепления к обрешетке на оборотной стороне черепицы могут быть ушкй.

Черепица применяется для кровли жилых зданий. Укладывается на специально сделанную под черепицу обрешетку. При укладке черепицы выступы одной черепицы должны входить в пазы другой, при этом получается плотная кровля.

Глиняная черепица имеет высокую хрупкость и большую массу, что создает излишнюю нагрузку на конструкцию крыши и требует уклона скатов кровли не менее 30°.

Облицовочные материалы применяются для отделки, облицовки и украшения наружных и внутренних стен, а также для украшения других сооружений.

По назначению облицовочные материалы подразделяются на Два вида: материалы для наружной облицовки и материалы для внутренней отделки и облицовки.

Материалы для наружной облицовки применяются для защиты основного стенового материала от разрушения и воздействия атмосферных агентов. Они должны иметь высокую атмосферостойкость, морозостойкость и прочность.

Использование их для наружной облицовки зданий устраняет длительный и трудоемкий способ мокрой штукатурки, повышает атмосферостойкость, улучшает внешний вид и не требует периодической окраски зданий.

Для наружной отделки зданий применяются лицевой кирпич и камни, а также фасадные плиты и плитки, ковровая керамика и др.

Лицевой кирпич представляет собой обыкновенный глиняный кирпич, полнотелый или пустотелый, имеющий более правильные размеры и форму, повышенную морозостойкость и гладкую лицевую поверхность, черепок светлой окраски. Лицевая поверхность его может быть глазурованной или неглазурованной, гладкой или офактуренной.

Лицевой кирпич является одновременно и несущим стеновым материалом. При кладке стен он укладывается в перевязку с обыкновенным кирпичом, лицевой поверхностью наружу. Размеры лицевого кирпича (мм): 250X120X65 и 88. Морозостойкость не менее 25 циклов, водопоглощение не мееее 6 и не более 14%- Выпускается он семи марок: 30,0; 25,0; 20,0; 15,0; 12,5; 10,0 и 7,5. По назначению и форме лицевой кирпич делится на рядовой — для гладкой части стен и профильный — для карнизов, поясков и других частей зданий. Наряду с лицевым кирпичом для наружной облицовки используются и камни.

Фасадные плиты и плитки применяются для наружной облицовки зданий. Изготовляются они методом пластического и полусухого прессования, имеют правильную форму и гладкую, без дефектов лицевую поверхность.

Фасадные плиты имеют размеры (мм): 240×215, 240×290, 120X215 и 120X290. Они бывают прислонными и прокладными.

Малогабаритные плитки имеют правильную форму, гладкую, без дефектов, поверхность, морозостойкость не менее 25 циклов и водопоглощение не менее 6 и не более 14%. По форме плитки бывают плоские длиной 120—240 мм и высотой 65—140 мм и угловые. Плитки обоих видов имеют толщину 6—17 мм. Применяются такие плитки для облицовки зданий после их полной осадки. Для лучшего сцепления с вяжущим раствором и основной кладкой на оборотной стороне плиток имеются рифления.

Материалы для внутренней облицовки и отделки должны иметь правильную форму и точные размеры, высокую химическую стойкость, термостойкость, водостойкость и достаточную прочность. Материалы для полов должны хорошо сопротивляться ударам и истирающим воздействиям. К материалам для внутренней облицовки и отделки относятся глазурованные облицовочные плитки, плитки для полов и ковровой мозаики.

Глазурованные облицовочные плитки представляют собой тонкие квадратной, прямоугольной или другой формы пластинки, покрытые с лицевой стороны глазурью. Они имеют пористый черепок белого цвета, изготовляются методом полусухого прессования из порошкообразной массы (влажность 7,5—9%), состоящей из бело-жгущихся глин, каолина, кварцевого песка и шамотного боя.

Плитки после сушки подвергают двукратному обжигу: утильному— при 1230—1250°С и политому — при 1150—1180°С, внедряется и однократный обжиг. Обжиг производится в туннельных печах непрерывного действия.

Плитки выпускаются размером (мм) квадратные 150×150, 100X100, прямоугольные 150X75 и 100X50, толщиной до 6 мм.

В комплекте с плитками выпускаются фасонные изделия: карнизы, пояски, плинтусы и уголки, применяемые для облицовки углов и карнизов. Для лучшего сцепления с вяжущим раствором на оборотной стороне плиток имеются рифления. Водопоглощение плиток должно быть около 16%. Плитки выпускают с художественной надглазурной и подглазурной разделкой (живопись, де-коль, трафарет и др.). Лицевая поверхность плиток должна быть покрыта глазурью без дефектов, ухудшающих внешний вид. Основными дефектами являются мушка, плешины, цек, выплавка, отколы углов, задувка, засорка и т. д. От наличия дефектов и отклонений от размеров плитки делятся на три сорта: 1, 2 и 3-й.

Глазурованные облицовочные плитки применяются для облицовки помещений с повышенной влажностью и помещений, к которым предъявляются высокие санитарно-гигиенические требования (ванные комнаты, санузлы, кухни, бани, прачечные, больницы, торговые залы, столовые, цехи предприятий общественного питания и пищевой промышленности, метро и т. д.).

Плитки для полов и ковровой мозаики представляют собой небольшого размера плитки с плотным спекшимся черепком. Они имеют высокую прочность, плотность и химическую стойкость, хорошо сопротивляются истиранию, имеют малое водопоглощение, но плохо сопротивляются удару. Изготовляются они методом полусухого прессования одноцветными и многоцветными (чаще всего белого, красного и желтого цветов) из тугоплавких глин с добавками. Обжигаются при 1250—1280°С. Выпускаются они с гладкой или тисненой лицевой поверхностью; оборотная сторона имеет рифления. По форме плитки для полов выпускаются семи видов (рис. 11) и пятнадцати типов. Максимальный размер сторон плиток 170 мм, при толщине 10—13 мм. Применяются они для настилки полов в нежилых помещениях с повышенной влажностью (ванные комнаты, санузлы, бани, прачечные) и в местах с большим движением людских потоков (метро, вестибюли театров, клубов, вокзалов)! Такие полы легко моются и не дают пыли. Плитками различных цветов можно выкладывать полы в виде определенного рисунка. В зависимости от наличия дефектов и отклонений от размеров плитки делятся на три сорта: 1, 2 и 3-й.

Для настилки полов используются и плитки ковровой мозаики квадратной и прямоугольной формы, с плотным спекшимся черепком, не покрытые глазурью. Максимальный размер плиток не более 48 мм при толщине 6 мм. Плитки имеют размеры (мм): прямоугольные — 48×26 и квадратные — 48X48 и 22X22. Цвет их самый разнообразный, чаще всего белый, красный и желтый. Изготовляются они по способу полусухого прессования из тугоплавких глин с добавками. Обжигаются при температуре 1250—1280°С.

Плитки для ковровой мозаики имеют малое водопоглощение (не более 4%), высокую прочность, стойкость к истиранию, действию кислот и щелочей. Выпускаются они в виде ковров длиной 724—1373 и шириной 260 и 412 мм. Ковры получаются путем наклеивания отдельных плиток по определенному рисунку на плотную бумагу, с промежутком между плитками в 1 мм. При устройстве пола ковер укладывается на вяжущий раствор плитками вниз. Вяжущий раствор заполняет промежутки между отдельными плитками и после затвердевания прочно удерживает их. После затвердевания вяжущего раствора бумага смывается горячей водой. Ковровую мозаику используют и для отделки лицевой поверхности бетонных и железобетонных стеновых панелей, которые выпускаются в готовом виде, что придает им приятный внешний вид, высокую атмосферостойкость и санитарно-гигиенические свойства.

Рис. 3. Плитки керамические для полов: 1 — квадратные; 2 — прямоугольные; 3 — треугольные; 4 — шестиугольные; 5 — четырехгранные; 6 — пятигранные; 7 — восьмигранные

Санитарно-технические изделия применяются для оборудования санитарно-бытовых помещений (ванных комнат, санузлов, кухонь и др.). К ним предъявляются высокие требования в отношении внешнего вида, механической прочности, термостойкости, химической стойкости и других свойств. Они должны иметь приятный внешний вид и гладкую поверхность. Для этого их покрывают глазурью. Водопоглощение их не должно быть более 12%. К санитарно-техническим изделиям относятся ванны, умывальники, унитазы, писсуары, бачки, а также некоторые встроенные детали.

Огнеупорные материалы, выпускаемые в виде кирпича и других фасонных элементов, применяются при сооружении доменных, шахтных, туннельных и других печей и топок. Они эксплуатируются при высоких температурах и должны обладать высокой огнеупорностью, прочностью на сжатие и изгиб, термостойкостью, шлакоустойчивостью и сохраняют постоянный объем. Прочность на сжатие их от 15 до 100 МПа. По огнеупорности (°С) они делятся на огнеупорные (1580—1770), высокоогнеупорные (1770— 2000) и высшей огнеупорности (более 2000).

Они бывают кремнеземистыми, алюмосиликатными, магнезиальными, доломитовыми, хромистыми, углеродистыми, циркониевыми, карбидными, нитридными, боридными и т. д.

Кремнеземистые (динасовые) огнеупоры содержат н,е менее 93% Si02. Получают их из кварцевых пород. Они обладают высокой огнеупорностью 1670—1790°С, но имеют малую термическую стойкость. При колебаниях температуры растрескиваются и теряют прочность.

Алюмосиликатные (глиноземистые) огнеупоры бывают шамотными и высокоглиноземистыми. Шамотные огнеупоры получают из огнеупорных глин или каолинов и шамота. Огнеупорность их до 1970°С. Высокоглиноземистые огнеупоры получают из сырья с содержанием А1203 не менее 45%. Их огнеупорность 1750—1800°С. Они обладают высокой устойчивостью к шлакам и стекломассе и широко применяются в стекольной промышленности.

Магнезиальные огнеупоры состоят в основном из оксида магния (80—85%). Их огнеупорность свыще 2000°С. Они бывают магнезитовыми и доломитовыми. Доломитовые огнеупоры состоят из СаО и MgO и имеют несколько меньшую огнеупорность: 1780— 1800°С.

Хромистые огнеупоры получают из хромита с добавками магнезита или глинозема. Они устойчивы к шлакам железной руды и имеют огнеупорность в пределах 1800—2000 °С.

Углеродистые изделия получают из графита или кокса. Они имеют огнеупорность выше 1700 °С и высокую термостойкость и стойкость к жидким шлакам и металлам.

Для получения изделий высшей огнеупорности применяют искусственные окислы: глинозем, оксид магния, диоксид циркония, а также карбиды, нитриды, бориды, сульфиды и др. Изделия на их основе получают методом прессования или литья под давлением с огнеупорностью до 4000 °С.

Маркировка, упаковка, транспортирование и хранение керамических материалов

Маркируют керамические изделия, нанося при формовании на тыльную сторону штамп несмываемой краской или оттиск с указанием наименования завода-изготовителя и номера ГОСТа. Более ценные изделия (санитарно-технические, глазурованные плитки и др.) упаковывают в деревянные ящики или ящики-решетки, а иногда и в бумагу. Крупные и грубые изделия не упаковывают, а при транспортировке укладывают на специальные поддоны.

Глазурованные плитки упаковывают в деревянные ящики-решетки весом нетто не более 32 кг, плитки для полов — в бумагу пачками по 20 шт. Плитки для ковровой мозаики упаковываются в пачки по 10 листов, на пачку накладывают с двух сторон листы плотного картона или фанеры и обвязывают шпагатом. При упаковке укладываются изделия одного вида, размера, сорта, наименования и т. д.

Мелкие и ценные изделия транспортируются на автомашинах или в крытых вагонах. При этом их укладывают на ребро с прокладкой по высоте соломой.

Грубые керамические изделия необходимо хранить под навесами, уложенными в штабеля или клетки, по видам, размерам, сортам, типам и т. д. Глазурованные плитки и санитарно-технические изделия следует хранить в закрытых помещениях, предохраняющих их от загрязнения и увлажнения.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум