Керамические материалы общие сведения

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. “Керамос”- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу.
Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.
Керамические изделия по плотности можно условно разделить на две основные группы: пористые и плотные.
Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды. В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 – 20% по весу или 15 – 35% по объему.
Плотные изделия характеризуются водопоглощением менее 5%. Чаще всего оно составляет 2 – 4% по весу или 4 – 8% по объему.
По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:
стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);
кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);
облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);
материалы для полов (плитки);
материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);
заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).
Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т. д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий, можно подразделить на пластичные глинистые (каолины и глины) и отощающие (шамот, кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют общим названием – глинистые материалы.
Каолины. Каолины образовались в природе из полевых шпатов и других алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из минерала каолинита. После обжига присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.
Глины. Глинами называют осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.
Состоят глины из тесной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые. Представителями каолинитовых минералов являются каолинит и галлуазит. В монтмориллонитовую группу входят монтмориллонит, бейделлит и их железистые разновидности. Гидрослюды – в основном продукт разной степени гидратации слюд.
Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонкораспределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.
Глины часто содержат также органические примеси. По отношению к действию высоких температур различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580 o С), тугоплавкие (1350 – 1580 o С) и легкоплавкие (ниже 1350 o С). К огнеупорным относятся большей частью каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий. Тугоплавкие глины содержат окислы железа, кварцевый песок и другие примеси в значительно большем количестве, чем огнеупорные, и применяются для производства тугоплавкого, облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и канализационных труб. Легкоплавкие глины наиболее разнообразны по минералогическому составу, содержат значительное количество примесей (кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ). Используют их в кирпичном и черепичном производствах, в производстве легких заполнителей и т. д.
В производстве искусственных обжиговых материалов можно применять также некоторые другие осадочные породы: диатомиты, трепелы и их уплотненные разновидности – опоки, а также сланцы в чистом виде и с примесью глин или порообразующих добавок.

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин в жирные пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие материалы.
В качестве искусственных отощающих материалов используют дегидратированную глину и шамот, а также отходы производства (котельные и другие шлаки, золы, очажные остатки и т.д.). Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600-700 o С (при этой температуре она теряет свойство пластичности) и применяют в качестве отощителя при производстве грубой строительной керамики. Шамот изготовляют путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000 – 1400 o С. Шамот является основным сырьем в производстве огнеупорных шамотных изделий.
К природным отощающим материалам относятся такие вещества, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу, например кварцевые пески, пылевидный кварц.
Порообразующие материалы. В производстве изделий грубой строительной керамики, например кирпича, для отощения массы, а также для получения изделий, обладающих повышенной пористостью и, следовательно, пониженной теплопроводностью, в сырьевую массу вводят порообразующие добавки. Обычно применяют органические добавки, называемые выгорающими, – древесные опилки, уголь, торфяную пыль, и др. Они выгорают при обжиге изделий и образуют поры.
Плавни. Введение в глину плавней способствует понижению температуры ее спекания. К числу плавней относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и др.

Общие сведения о керамических материалах и изделиях

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад.

Керамические изделия по плотности можно условно разделить на две основные группы: пористые и плотные.

Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды. В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 – 20% по весу или 15 – 35% по объему.

Плотные изделия характеризуются водопоглощением менее 5%. Чаще всего оно составляет 2 – 4% по весу или 4 – 8% по объему.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:

стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);
кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);
облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);
материалы для полов (плитки);
материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);
заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Наибольшего развития достигли стеновые материалы, причем наряду с общим увеличением объема производства особое внимание обращено на увеличение выпуска эффективных изделий (пустотелый кирпич и камни, керамические блоки и панели и т. д.). Предусмотрено также расширить производство фасадной керамики, особенно для индустриальной отделки зданий, глазурованных плиток для внутренней облицовки, плиток для полов, канализационных и дренажных труб, санитарно-строительных изделий, искусственных пористых заполнителей для бетонов.

СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.

1. ГЛИНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Каолины. Каолины образовались в природе из полевых шпатов и других алюмосиликатов, не загрязненных окислами железа. Они состоят преимущественно из минерала каолинита. После обжига присущий им белый или почти белый цвет сохраняется.

Глины. Глинами называют осадочные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического состава образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камневидное тело.

Состоят глины из тесной смеси различных минералов, среди которых наиболее распространенными являются каолинитовые, монтмориллонитовые и гидрослюдистые. Представителями каолинитовых минералов являются каолинит и галлуазит. В монтмориллонитовую группу входят монтмориллонит, бейделлит и их железистые разновидности. Гидрослюды – в основном продукт разной степени гидратации слюд.

Наряду с этими минералами в глинах встречаются кварц, полевой шпат, серный колчедан, гидраты окислов железа и алюминия, карбонаты кальция и магния, соединения титана, ванадия. Такие примеси влияют как на технологию керамических изделий, так и на их свойства. Например, тонкораспределенный углекислый кальций и окислы железа понижают огнеупорность глин. Если в глине имеются крупные зерна и песчинки углекислого кальция, то при обжиге из них образуются более или менее крупные включения извести, которая на воздухе гидратируется с увеличением объема (дутики), что вызывает образование трещин или разрушение изделий. Соединения ванадия служат причиной появления зеленоватых налетов (выцветов) на кирпиче, что портит внешний вид фасадов.

Глины часто содержат также органические примеси. По отношению к действию высоких температур различают глины трех групп: огнеупорные (огнеупорность выше 1580°С), тугоплавкие (1350 – 1580°С) и легкоплавкие (ниже 1350°С). К огнеупорным относятся большей частью каолинитовые глины, содержащие мало механических примесей. Такие глины используют для производства фарфора, фаянса и огнеупорных изделий. Тугоплавкие глины содержат окислы железа, кварцевый песок и другие примеси в значительно большем количестве, чем огнеупорные, и применяются для производства тугоплавкого, облицовочного и лицевого кирпича, плиток для полов и канализационных труб. Легкоплавкие глины наиболее разнообразны по минералогическому составу, содержат значительное количество примесей (кварцевого песка, окислов железа, известняка, органических веществ). Используют их в кирпичном и черепичном производствах, в производстве легких заполнителей и т. д.

Читайте также: Плитка для коридора

В производстве искусственных обжиговых материалов можно применять также некоторые другие осадочные породы: диатомиты, трепелы и их уплотненные разновидности – опоки, а также сланцы в чистом виде и с примесью глин или порообразующих добавок.

2. ОТОЩАЮЩИЕ МАТЕРИАЛЫ

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин в жирные пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие материалы.

В качестве искусственных отощающих материалов используют дегидратированную глину и шамот, а также отходы производства (котельные и другие шлаки, золы, очажные остатки и т.д.). Дегидратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600-700°С (при этой температуре она теряет свойство пластичности) и применяют в качестве отощителя при производстве грубой строительной керамики. Шамот изготовляют путем обжига огнеупорных или тугоплавких глин при температурах 1000 – 1400°С. Шамот является основным сырьем в производстве огнеупорных шамотных изделий.

К природным отощающим материалам относятся такие вещества, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу, например кварцевые пески, пылевидный кварц.

Порообразующие материалы. В производстве изделий грубой строительной керамики, например кирпича, для отощения массы, а также для получения изделий, обладающих повышенной пористостью и, следовательно, пониженной теплопроводностью, в сырьевую массу вводят порообразующие добавки. Обычно применяют органические добавки, называемые выгорающими, – древесные опилки, уголь, торфяную пыль, и др. Они выгорают при обжиге изделий и образуют поры.

Плавни. Введение в глину плавней способствует понижению температуры ее спекания. К числу плавней относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк и др.

Лекция 5 Керамические строительные материалы и изделия

Общие сведения о керамических строительных материалах и изделиях

Классификация керамических строительных материалов и изделий. Свойства, применение

Сырье для производства керамических материалов и изделий. Классификация, технологические свойства

Производство керамических строительных материалов и изделий. Общие технологические процессы

Керамические материалы – искусственные каменные материалы, полученные из природных глин или глиняных смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и последующего обжига. Слово «керамика» (греч. ceramos) означает обожженная глина. Из нее изготовляли обожженный кирпич, кровельную черепицу, водопроводные трубы, архитектурные детали. Керамические материалы являются самыми древними из всех искусственных каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений каменного века. Следы древней керамики (посуда, вазы и т.п.) сохранились в Древнем Египте, Греции. На Руси старинные русские соборы X-XV вв. (Владимирский, Новгородский, церковь в Коломенском и храм Василия Блаженного (Покровский собор, 1561 г.). В Москве, при строительстве которого широко использовали цветной и обыкновенный кирпичи, черепицу и другие керамические изделия).

Большое развитие керамика получила в Средней Азии, Древней Индии, Китае и Японии. У греков и римлян из глины изготовляли обожженный кирпич, кровельную черепицу, архитектурные детали и другие изделия, глинобитные жилища (IV-III тыс. до н.э.).

Высокими художественными достоинствами отмечено и русское изразцовое искусство XV-XVIII вв. Терракотовые и глазурованные образцы изготовляли в Москве, Ярославле. Терракота (от итал. terra– земля, cotta–обожженная) – неглазурованная однотонная керамика с характерным цветным пористым черепком.

Кирпич появился более 5000 лет назад и как конструкционный материал впервые стали применять в Древнем Египте и Вавилонии. И в настоящее время, в период бурного развития строительной промышленности, глиняный кирпич не потерял своего значения. Повсеместное распространение исходного сырья – глины, простота изготовления и длительный срок службы позволяют считать его одним из основных местных строительных материалов.

Классификация керамических строительных материалов и изделий. Свойства, применение

Керамические строительные материалы и изделия по их назначению в отделке зданий и отдельных элементах подразделяются на:

фасадные изделия – лицевой кирпич, разного рода плитки;

изделия для внутренней отделки – глазурованные и неглазурованные плитки, фасонные изделия, ковровая и мозаичная керамика;

плитку для пола;

изделия из фаянса и фарфора декоративного назначения.

Отделочная керамика (облицовочные плитки для стен и полов, керамическая ковровая мозаика, архитектурные детали, терракота, майолика) обладает ценными универсальными потребительными свойствами:

стойкость к агрессивным воздействиям;

простота технологических приёмов изготовления;

разнообразие сырьевых материалов;

Керамические изделия обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига.

Применение – во всех элементах зданий и сооружений, в сборном керамическом домостроении, в строительстве стеновых керамических изделий, для изготовления фасадной керамики, пористых заполнителей для бетонов, санитарно-технической керамики, плитки для полов, керамических канализационных труб и др.

Таким образом, керамические материалы отвечают современным тенденциям строительной техники, являются конкурентоспособными с другими строительными материалами такого же назначения. Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологи керамики называют керамическим черепком.

В зависимости от пористости структуры керамические строительные изделия делят на две группы:

пористые (водопоглощением по массе 5 и более 5% – керамический кирпич и камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и керамические трубы);

плотные (водопоглощением по массе – менее 5% – плитки для полов и дорожный кирпич);

Санитарно-техническая керамика может быть пористой (фаянс) и плотной(санитарный фарфор).

Сырье для производства керамических материалов и изделий. Классификация, технологические свойства

Глина – сырьё для производствакерамических материалов

Качество сырьевых материалов определяется минералогическим составом, физическими свойствами, зависящими от месторождения и условиями залегания. Основными сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются глины и каолины; в качестве вспомогательных сырьевых материалов для улучшения технологических свойств используют пески кварцевые и шлаковые, шамот, выгорающие добавки органического происхождения (древесные опилки, угольная крошка и т.п.).

Глина – один из наиболее распространенных видов осадочных горных пород полиминерального состава. Кислород, кремний и алюминий по своей общей массе составляют около 90% в составе земной коры, потому подавляющую часть минералов составляют алюмосиликаты, силикаты и кварц основа встречающихся в природе керамических сырьевых минералов. Размеры глинистых частиц колеблются практически от коллоидной дисперсности до 5 мкм. Основным минералом каолиновых глин является минерал каолинит.

Глины – землистые осадочные горные породы, состоящие из глинистых минералов со значительными примесями: каолинита, галлуазита, монтмориллита, бейделлита, частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд, гидратов окиси железа, алюминия, карбонатов магния, кальция и др.

Пластичность глинистого сырья, определяемая числом пластичности (по раскатыванию глиняного жгута диаметром 3 мм), зависит от содержания глинистых минералов и влажности массы. В зависимости от содержания глинистых минералов глины делятся: на:

жирные (более 60%);

тяжелые суглинки (20. 30%);

средние и легкие суглинки (менее 20%).

По пластичности глинистые материалы подразделяются по числу пластичности на:

высокопластичные (менее 25);

среднепластичные (15. 25);

умеренно-пластичные (7. 15);

малопластичные (3. 7).

Вода, адсорбированная поверхностью глинистых частиц в процессе приготовления сырьевой смеси, играет роль гидродинамической смазки, что обеспечивает во многом ее пластические характеристики. Вместе с тем удаление воды, как из самих глинистых частиц, так и с их поверхности в процессе сушки и обжига вызывает явление воздушной и огневой усадки.

Усадочные деформации являются причиной возникновения в изделии внутренних напряжений, что в конечном итоге влияет на их качественные показатели.

Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения образования трещин в пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие добавки. К их числу относятся дегидратированная глина, шамот, котельные шлаки, золы, кварцевые пески и т.д.

Введение в состав сырьевой смеси плавней обеспечивает более низкую температуру ее спекания. К плавням относят полевые шпаты, пегматит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, нефелиновые сиениты (для фаянсовых масс). Искусственный керамический материал, отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных физических, химических и физико-химических изменений, происходящих при обжиге, т.е. при воздействии высоких температур.

Каолины – это чистые глины, состоящие преимущественно из глинистого минерала каолинита (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O). Каолины огнеупорны, малопластичны, имеют белую окраску. Их применяют для производства фарфора, фаянса и тонких облицовочных изделий, так как после обжига получается белый черепок.

Обычные глины отличаются от каолинов большим разнообразием минералогического, химического и гранулометрического состава. Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах глин. С увеличением А1₂O₃ повышается пластичность глин и огнеупорность, а с повышением содержания SiO₂ пластичность глин снижается, увеличивается пористость, снижается прочность обожженных изделий. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глины, наличие щелочей ухудшает формуемость изделий.

При изготовлении керамических материалов основными технологическим свойствами глин являются:

воздушная и огневая усадка;

цвет керамического черепка

Пластичность глин – способность глиняного теста под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после прекращения действия этих сил. По степени пластичности глины делят на:

высоко пластичные, или «жирные»,

малопластичные, или «тощие».

Жирные глины хорошо формуются, но, высыхая, дают трещины и значительную усадку. Тощие глины формуются плохо. Для повышения пластичности глин применяют операцию вылеживания их во влажном состоянии на воздухе, вымораживание, гноение в темных подвалах, при этом происходит разрыхление материала и увеличивается ее дисперсность. Пластичность можно также повысить добавлением высокопластичных глин. Самый распространенный способ повышения пластичности — их механическая обработка. Для понижения пластичности глин вводят добавки различных непластичных материалов (отощающие добавки).

Усадка – уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия.

Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки на воздухе и составляет, 2. 10%.

Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка составляет 2. 8%.

Полная усадка определяется как арифметическая сумма величин воздушной и огневой усадок. Значение полной усадки колеблется в пределах 4. 18%. Полную усадку учитывают при формовании изделий.

Огнеупорность – свойство глины выдерживать действие високих температур без деформации. По температуре плавления глины разделяются на:

легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350°С),

тугоплавкие (с температурой плавления 1350. 1580°С)

огнеупорные (свыше 1580°С).

Огнеупорные глины применяют для производства огнеупорных изделий, а также фарфора и фаянса. Тугоплавкие глины применяют в производстве плиток для полов, канализационных труб. Легкоплавкие глины используют для производства керамического кирпича, пустотелых камней, черепицы.

Цвет черепка после обжига зависит от состава и количества примесей в глине. Каолины дают черепок белого цвета. На цвет обожженных глин оказывает влияние содержание оксидов железа, которые придают окраску от светло-желтой до темно-красной и бурой. Оксиды титана вызывают синеватую окраску черепка. Используя минеральные красители, можно получать керамические изделия различных цветов и оттенков.

Спекаемостъю глин называют ее способность уплотняться при обжиге и образовывать камневидный материал. При спекании увеличивается прочность и уменьшается водопоглощение изделий.

Производство керамических строительных материалов и изделий. Общие технологические процессы

Эксплуатационные характеристики керамических изделий во многом определяются как составом сырьевых материалов, так и технологическими приемами их изготовления. В производстве обширной номенклатуры современной строительной керамики используются родственные технологические процессы, позволяющие кратко обобщить основы производства керамических материалов.

Можно выделить следующие общие технологические процессы:

2. подготовка сырьевой массы;

3. формование изделия (сырца);

Эти пять стадий производства являются общими для всех видов керамических изделий. Для отдельных видов изделий могут применять различные способы формования (кирпич пластического и полусухого формования), разные способы сушки (воздушная или в сушильных камерах), а также дополнительные производственные процессы – покрытие изделий глазурью или ангобом.

Добыча глины: Добыче сырья предшествует геологическая разведка, определение химического и минерального состава, физических свойств сырья, полезной толщи месторождения, его однородности и характера залегания, объема работ и т.д. Глина обычно залегает – на небольшой глубине. Разрабатывается сырье в карьерах открытым способом – одноковшовыми, многоковшовыми или роторными экскаваторами. Заводы по производству керамических изделий обычно строят вблизи месторождений глин, т.е. карьер является составной частью завода. Добычу глины стремяться осуществлять в теплое время года, создавая запас материала на складе для работы зимой. Транспортируют глину из карьера на заводы рельсовым транспортом в опрокидных вагонетках, ленточными транспортерами и автосамосвалами.

Подготовка сырьевой массы. Добытая в карьере и доставленная на завод глина непригодна для формования изделий, и нужно разрушить природную структуру глины, очистить ее от вредных примесей, измельчить крупные фракции, смешать с добавками, увлажнить ее, чтобы получилась удобоформуемая масса. В крытых складах или на открытых площадках глинистые материалы выдерживаются до двух лет. За это время разлагаются органические остатки и под действием атмосферных факторов(увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания) и предварительной обработки (рыхления, камнеудаления и т.д.) удается достичь сравнительной однородности массы, как по гранулометрическому, так и по минеральному составу. Дальнейшая подготовка массы осуществляется в зависимости от вида изделий и предполагаемой технологии их изготовления.

На этом этапе с помощью камневыделительных машин, вальцов, мельниц различного вида, дозаторов добавок и воды, глиномешалок или диспергаторов удается получить массу, пригодную для формования изделий. Формовочную массу готовят пластическим, полусухим или мокрым способами в зависимости от свойств сырьевых материалов и требований к качеству получаемого изделия.

Формование изделий – одно из важных операций при изготовлении керамических изделий. Способы изготовления определяются формовочными свойствами сырьевой смеси и, прежде всего, пластичностью, которая многом зависит от количества воды в формовочной смеси. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой, полусухой, пластический и литьевой(шликерный).

При сухом способе пресспорошок имеет влажность 2…6%, при которой используют механические или гидравлические прессы, развивающие давление свыше 40 МПа. Данным способом изготавливают плотные керамические изделия: плитку для полов, некоторые виды кирпича, изделия из фаянса и фарфора.

Полусухой способ предусматривает использование рабочих смесей с влажностью 8. 12%. Поэтому способу изготавливается кирпич, фасонне изделия, плитка.

Наиболее экономичным и распространенным является способ пластического формования при влажности массы 18. 24%. Основной механизм, используемый в этом случае,– ленточный пресс. Шнеквал пресса с переменным шагом лопастей перемалывает массу, одновременно уплотняя её к выходному отверстию. Вакуумирование на последней стадии прессования позволяет дополнительно уплотнить массу. Выходное отверстие пресса– мундштук обеспечивает получение непрерывного глиняного бруса необходимых геометрических размеров. Форма мундштука и его размеры определяют вид выпускаемых изделий: кирпич, камни, плитки, черепица, трубы, фасонные изделия. Установленные перед мундштуком пустотообразователи позволяют формовать дырчатые изделия, с щелевыми пустотами и т.д.

Литьевым способом изготавливают керамические изделия сложной геометрической формы: сантехнические изделия (раковины, унитазы, писсуары и т.д.), некоторые декоративные изделия, плитку для внутренней отделки помещений. Компоненты рабочей смеси тщательно размешивают, дозируют, перемешивают с водой. Влажность массы в этом случае от 40 до 60%. Подготовленная таким образом однородная масса выливаетс в гипсовые формы. Развитая микропористая структура гипсового камня обуславливает удаление части воды в пристеночных слоях. В результате в зависимости от времени достигается необходимая толщина уплотненного слоя. Избыток смеси после этого удаляется. После сушки отдельные эле-менты монтируются.

Сушка и обжиг изделий. В зависимости от способа изготовления влажность сырьевых смесей колеблется в очень больших пределах от 2 до 60%. Удаление воды из отформованных изделий сопровождается усадочными деформациями и, соответственно, возникновением внутренних напряжений. Последние при жестких режимах сушки могут являться причиной искривления, появления трещин, снижающих качественные показатели изделий. Сушку изделий производят до остаточной влажности 4. 6% в туннельных или камерных сушилках. Температура теплоносителя 120. 150°С.

Обжиг керамических изделий – один из наиболее ответственных технологических этапов, во многом определяющих свойства получаемых материалов.

В производстве строительной керамики в основном используют туннельные печи непрерывного действия высушенные изделия на обжиговых вагонетках, передвигаясь по туннелям, постепенно нагреваются до температуры спекания в зоне сгорания топлива, а затем медленно охлаждаются встречным потоком воздуха.

При температуре порядка 100. 120 °С удаляется физически связанная свободная вода. При температуре 450 . 600 °С глинистые вещества необратимо теряют пластические свойства. Дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению кристаллической решетки алюмосиликатов и распаду их на отдельные окислы: при повышении температуры до 1000 °С образуется соединение силлиманит, при температуре 1200-1300 С – новый минерал муллит. Эти минералы обеспечивают высокую прочность и стойкость керамического черепка к различным факторам внешней среды.

После обжига полученные изделии медленно охлаждаются, так как при резком охлаждении могут образоваться трещины. Перед отгрузкой потребителю керамические изделия сортируют с целью проверки качественных показателей на их соответствие требованиям государственных стандартов.

Общие сведения о керамике

Керамика является одним из древнейших материалов, используемых для изготовления посуды и других изделий. Она обладает рядом положительных свойств: прочностью, термостойкостью, экологической и химической безопасностью, изделия из нее обладают высоким эстетическим потенциалом, это и определяет ее широкое использование.

Керамика — это изделия из глины (или глинистых веществ) с минеральными добавками или без них, полученные путем формования и последующего обжига. Для улучшения потребительских эстетических свойств керамику покрывают глазурью.

Материалы, используемые в производстве керамики, принято подразделять на пластичные материалы: глины (полиминеральные горные породы, состоящие из каолинитов, соды, окислов кремния, полевого шпата, железа и др.); каолин (мономинеральная порода, состоящая из каолинита); отощающие материалы — снижают усадку при сушке и обжиге: кварцевый песок, глинозем, бой фарфора и фаянса, шамот; плавни — снижают температуру спекания и создают стекловидную фазу (полевой шпат и пегматит); материалы для глазури.

В качестве факторов, формирующих потребительские свойства и качество керамических бытовых товаров, выделяют те же, что и для стеклоизделий: вид керамики, способ формования и вид декорирования.

В зависимости от строения различают тонкую керамику (черепок стекловидный или мелкозернистый) и грубую (черепок крупнозернистый). Основными видами тонкой керамики являются: фарфор, полуфарфор, фаянс, майолика, а грубой — гончарная керамика.

Фарфор — имеет плотный спекшийся черепок белого цвета (иногда с голубоватым оттенком) с низким водопоглощением (до 0,2%), при ударе издает высокий мелодичный звук, в тонких слоях может просвечивать. В виду парного обжига изделий край борта или основание изделия не покрыто глазурью.

Различают твердый и мягкий фарфор. Твердый фарфор применяют для производства столовой и чайно-кофейной посуды повседневного использования. Мягкий фарфор может быть: бисквитный (не покрыт глазурью, используется для выработки художественно-декоративных изделий), костяной (в состав вводится костная мука, по внешним признакам напоминает белый мрамор, характеризуется высокой белизной и прозрачностью, используется для производства чайно-кофейной посуды праздничного ассортимента), полевошпатовый (“тонкостенный”, по свойствам и назначению схож с костяным, но его белому цвету присущ голубоватый оттенок); низкотемпературный (“фриттовый” — термостойкий, механически прочный, обычно его покрывают цветными глазурями, за рубежом один из основных видов керамики для производства повседневной посуды).

Сырьем для производства фарфора служат каолин, песок, полевой шпат и другие добавки.

Полуфарфор по свойствам занимает промежуточное положение между фарфором и фаянсом, черепок его белый, водопоглощение — 3

5%, используется в производстве посуды хозяйственного назначения.

Фаянс имеет белый черепок с желтоватым оттенком, пористость черепка — 9-12%. Ввиду высокой пористости изделия из фаянса полностью покрываются бесцветной глазурью. Глазурь имеет невысокую термостойкость, поэтому данный вид керамики находит применение в производстве столовой посуды повседневного использования. Вырабатывают его из беложгущихся глин с добавлением мела и кварцевого песка.

Майолика имеет пористый черепок (водопоглощение около 15%), изделия имеют гладкую поверхность, высокий блеск, малую толщину стенок (что определено способом формования — литьем), покрывают их цветными глазурями, они могут иметь декоративные рельефные украшения. Для производства майолики применяют беложгущиеся глины (фаянсовая майолика) или красножгущиеся глины (гончарная майолика), плавни, мел, кварцевый песок.

Гончарная керамика — черепок имеет красно-коричневый цвет (используются красножгущиеся глины), большую пористость (водопоглощение до 18%). Изделия могут покрываться бесцветными глазурями, расписываются цветными глиняными красками — ангобами. Ассортимент представлен кухонной и хозяйственной посудой (горшки для жаркого, крынки для молока) и декоративными изделиями.

Процесс производства керамических бытовых товаров в упрощенном виде можно представить следующими этапами: подготовка сырьевых материалов; получение керамической массы; формование изделий; сушка и правка; обжиг; глазурование; декорирование.

Основными способами формования керамических изделий являются: метод пластического формования; литье, полусухое прессование.

При формовании изделий пластическим способом используют керамическую массу влажностью 22-24%, формирование производится на станках-автоматах или полуавтоматах. При этом способе керамическую массу помещают на дно формы и раскатывают шаблоном, в зазоре между формой и шаблоном образуется изделие. Используют данный способ при получении изделий из твердого фарфора, фаянса, гончарной керамики.

Способ литья предполагает применение керамической массы (шликера) влажностью 32-36% (сметанообразная консистенция), которая заливается в пористые гипсовые или поливинилхлоридные формы. Используют данный способ для выработки изделий из мягкого фарфора (кроме фриттового), твердого фарфора (изделия сложной формы), майолики.

Для плоских изделий несложной формы используют способ полусухого прессования. Керамическая масса при этом имеет остаточную влажность 2-3%, прессование проводят в металлических формах. Применяют данный способ при выработке изделий из фаянса, полуфарфора, низкотемпературного фарфора. Преимуществами данного способа являются увеличение скорости выработки и сокращение затрат энергоносителей (исключаются процессы сушки и правки), но используют его для ограниченного числа видов изделий: тарелки мелкие, блюдца и т. п.

Окончательно керамика образуется в процессе обжига. Различают два вида обжига: утельный и политой. Утельный обжиг предшествует глазурованию, при этом формируется черепок, устойчивый к размоканию. Политой обжиг проводят после глазурования с целью формирование структуры глазури.

При декорировании керамических бытовых товаров применяется ряд способов: живопись, украшения в виде полос, трафарет, шелкография, деколь. К специфическим видам декорирования керамических бытовых товаров можно отнести следующие:

• крытье — покрытие поверхности изделия красками (различают сплошное; частичное; с прочисткой; с прочисткой и дорисовкой; нисходящее и восходящее) с помощью аэрографа, трафарета, специальных шаблонов;

• штамп — мелкий однокрасочный поверхностный рисунок, наносимый красками и препаратами золота с помощью резиновых штампов или лент; обычно его применяют в сочетании с другими видами украшений;

• печать — контурный рисунок, образованный точками, черточками, штрихами (краска с печати переносится на изделие, либо вначале на папиросную бумагу, а затем на изделие); рисунки однокрасочные, могут быть надглазурными и подглазурными, дополняться живописью (с дорисовкой), трафаретом;

• фото по керамике — применяется для декоративных (подарочных) изделий;

• украшения декоративными глазурями: цветными, потечными, кристаллическими, матовыми, кружевными, люстровыми, кракле.

• рельефно-вырезные украшения: ажурный борт, вырезной край, рельефный борт (и их комбинации); декоративные рельефы;

• дополнительные украшения красками и препаратом золота: промазка — сплошное покрытие элемента изделия; пестрение — частичная зарисовка (мазок), подчеркивающая отдельные элементы изделия.

Все рисунки по характеру расположения на изделии подразделяются на бортовые; сплошные; букетом (до трех лепков); раскидные с большим букетом; медальон (рисунок, находящийся в обрамлении в виде круга, овала, многоугольника); арабеска (узкий бортовой орнаментальный рисунок).

Украшения бывают надглазурными и подглазурными. Большинство видов поверхностных пленочных украшений подлежат обжигу.

Общие сведения о керамических материалах и их классификация

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

Основным компонентом сырьевой массы для производства керамики являются глины и каолины, которые при смешивании с водой способны образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело.

Важнейшими свойствами глин, определяющими их пригодность для производства керамики, являются пластичность, связность, связующая способность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность и наличие примесей. Вредными примесями являются окислы железа и марганца, углекислые и сернокислые соли, понижающие огнеупорность глин, приводящие к образованию в процессах обжига трещин и вздутий (дутик), белых налетов (высолов), придающих изделиям красно-бурую окраску.

Для придания необходимых свойств глинам и керамике в состав сырьевых материалов вводятся различные добавки, в том числе:

§ отощающие (шамот — обожженная и размолотая глина, шлаки, кварцевые пески) — для уменьшения усадки при сушке и обжиге, предотвращения деформации и трещин в изделиях;

§ выгорающие (опилки, торф, молотый мел) — для порообразования и повышения теплозащитных свойств;

§ уплотняющие (плавни) — для понижения температуры спекания (доломит, железная руда, магнезит, тальк);

§ окрашивающие (окислы железа, кобальта, хрома) — для получения цветной керамики.

Производство керамических изделий включает добычу и заготовку глин и добавок, составление глиняной массы, формование изделий, сушку, обжиг, охлаждение, сортировку и отделку.

Добыча сырья производится в карьерах, расположенных вблизи предприятий. Качество керамических изделий зависит от состава и чистоты сырья, поэтому большое значение имеют вопросы, связанные с его добычей, транспортировкой и составлением глиняной массы.

Формование (прессование) изделий может осуществляться сухим, полусухим, пластическим и мокрым (шликерным) способами. При сухом и полусухом способах глиняная масса представляет собой порошок влажностью соответственно 2—8 и 8—20 %. Формование изделий производят в металлических формах под давлением. Поэтому получаемые изделия (плитки для пола, дорожный кирпич, фарфор, фаянс, облицовочная плитка) имеют правильную форму и гладкую поверхность.

При пластическом прессовании влажность рабочей массы составляет 15—25 %. Формование изделий осуществляют, как правило, на ленточных прессах, поэтому они имеют шероховатую поверхность, притупленные грани и углы. Этот способ применяется для изготовления глиняного кирпича, керамических камней, черепицы и других крупногабаритных изделий.

При шликерном (мокром или литьевом) способе рабочая смесь содержит до 60 % воды. Получаемая однородная масса (шликер) разливается в гипсовые формы, впитывающие излишек воды. Этот способ применяется для изготовления санитарно-технического фаянса.

После формования изделия подвергаются естественной (атмосферной) или искусственной (в камерных или туннельных сушилках) сушке. Она необходима для того, чтобы избежать растрескивания и деформации изделий при обжиге. Получаемое в результате сушки керамическое изделие называется сырец. Для придания стойкости к внешним воздействиям, водонепроницаемости, декоративного вида поверхность сырца часто покрывают глазурью (жидким раствором алюмокремниевых соединений) или ангобом (белыми или цветными глинами), образующими матовую поверхность.

После сушки сырец подвергается обжигу, в ходе которого закрепляется форма и формируются основные свойства керамических материалов (водо- и морозостойкость, прочность и др.). Обжиг производится в печах непрерывного действия или горнах при температуре ниже температуры плавления глины. При наиболее высоких температурах 1150—1400°C обжигают фарфоровые и фаянсовые изделия. Наиболее низкие температуры обжига 900—1100°C.

После обжига готовую продукцию подвергают охлаждению, сортировке по степени обжига на нормальную, недожег и пережег. Нормальная керамика разделяется на сорта и в случае необходимости подвергается отделке.

Керамические материалы и изделия можно классифицировать по характеру строения черепка, плотности и назначению.

По характеру строения черепка различают тонкую и грубую керамику, характеризующуюся соответственно однородным, мелкозернистым строением черепка обычно белого цвета и неоднородным, крупнозернистым, – рыхлым строением черепка с темной окраской.

По плотности керамика подразделяется на плотную (водопоглощение менее 5 %) и пористую (водопоглощение более 5 %). К плотной керамике относятся фарфор, плитки для полов, клинкерный кирпич, к пористой— глиняный кирпич, фаянс, черепица и др.

По назначению строительные керамические материалы и изделия подразделяются на стеновые, облицовочные и отделочные, кровельные, кислотоупорные, огнеупорные, санитарно-технические, специальные и трубы.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛАХ

Керамическими называют искусственные каменные материалы, полученные из природных глин или глиняных смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и последующего обжига.

Слово «керамика» (греч. ceramos) означает обожженная глина. Производство керамических изделий было начато за несколько тысяч лет до нашей эры. Керамические материалы — самые древние из всех искусственных каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к каменному веку. Следы древней керамики (посуда, вазы и т.п.) сохранились в Древнем Египте, Греции, на Руси. Большое развитие керамика получила в Месопотамии, Средней Азии, Древней Индии, Китае и Японии.

У греков и римлян из глины изготовляли обожженный кирпич, кровельную черепицу, архитектурные детали и другие изделия. Первый пример применения керамики в строительстве — глинобитные жилища (IV—III тыс. до н.э.). Их обжигали на кострах и иногда расписывали. Кирпич как конструкционный материал впервые стали применять в Древнем Египте и Вавилонии. Возраст керамического кирпича более 5000 лет.

Лучшими образцами древнерусского керамического производства служат различные архитектурно-художественные детали, украшающие старинные русские соборы X—XV вв. (Владимирский, Новгородский и др.). К числу шедевров древнего кирпичного зодчества относится храм Василия Блаженного (Покровский собор, 1561 г.) в Москве, при строительстве которого широко использовали цветной и обыкновенный кирпичи, черепицу и другие керамические изделия.

Высокими художественными достоинствами отмечено и русское изразцовое искусство XV—XVIII вв. Терракотовые и глазурованные изразцы изготовляли в Москве, Ярославле. Терракота (от итал. terra — земля, cotta — обожженная) — неглазурованная однотонная керамика с характерным цветным пористым черепком.

В Беларуси кирпич в виде плинфы (плоский кирпич) использовали при строительстве Спасо-Евфросиньевского монастыря (г. Полоцк, XII в.), Борисоглебской церкви XII в. Покрытие крыши дворцово-замкового ансамбля (г. Несвиж, XVI в.) выполнено из глиняной черепицы.

Керамические изделия обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига. Керамические изделия находят применение во всех элементах зданийГИ; сооружений, вплоть до сборного керамического домостроения. На длительное время сохраняется значительная роль в строительстве стеновых керамических изделий. Наибольшее развитие получают изделия и материалы индустриального применения (фасадная керамика, пористые заполнители для бетонов).

Некоторые керамические изделия не имеют заменителей, равноценных керамике по своим техническим и эстетическим свойствам. Их производство продолжает развиваться, несмотря на то, что они не являются индустриальными (санитарно-техническая керамика, плитка для полов, керамические канализационные трубы и др.).

Универсальность свойств, широкий ассортимент, высокая прочность, твердость, химическая стойкость к агрессивным воздействиям, долговечность, гигиеничность, декоративно богатая и устойчивая цветовая гамма сделали керамику ценным строительным материалом.

Материал, из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком.

Керамические строительные изделия делят на две группы — пористые и плотные. Первые характеризуются водопоглощением по массе 5 и более, вторые — менее 5%.

К пористым изделиям относят керамический кирпич и камни, черепицу кровельную, облицовочные плитки и керамические трубы. Плотными изделиями являются плитки для полов и дорожный кирпич. Санитарно-техническая керамика может быть пористой (фаянс) и плотной (санитарный фарфор).

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы