Керамические материалы и изделия

Искусственные материалы и изделия, получаемые путем спекания или плавления

Лекция 3

При высокотемпературной тепловой обработке путем регулирования химического состава сырья и режимов ее термической обработки получают материалы кристаллической, стекловидной и смешанной структур. Для плотных обжиговых материалов характерна высокая прочность, непроницаемость, химическая стойкость. На их свойства значительно влияют химико-минералогический состав сырьевых компонентов и продуктов обжига, особенности структуры, технологические режимы. Основными представителями искусственных обжиговых строительных материалов является керамика, стекло, каменное литье, ситаллы.

К строительной керамике принадлежат искусственные каменные материалы, изготовляемые спеканием минеральных сырьевых смесей, главным компонентом которых являются глины.

По характеру строения черепка различают керамические материалы пористые (неспекшиеся) и плотные (спекшиеся). У пористых водопоглощение составляет 8…20 % по массе. Пористую структуру имеют кирпич, блоки, камни, черепица, дренажные трубы; плотную – плитки для пола, канализационные трубы, санитарно-технические изделия.

По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: стеновые изделия – кирпич, камни пустотелые и панели из них); кровельные изделия – черепица; изделия для облицовки фасадов – лицевой кирпич, плитки, панно; изделия для внутренней облицовки стен – глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки); санитарно-технические изделия – умывальники, унитазы; плитка для пола; заполнители для легких бетонов – керамзит, аглопорит; дорожный (клинкерный) кирпич; огнеупоры; изделия для подземных коммуникаций – канализационные и дренажные трубы.

Сырьевые материалы.Глины – это мелкообломочные осадочные горные породы разного химико-технологического состава, которые способны с водой образовывать пластическое тесто, которое после обжига приобретает прочность камня. Пластичность и другие основные свойства глин обусловлены присутствием в них глинистых минералов – мелкозернистых гидроалюмосиликатов с характерной слоистой структурой (каолин – Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, монтмориллонит – Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O, галлуазит – Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O). Кроме основных минералов, глины содержат также примеси, существенно влияющие на их свойства. Снижают пластичность глин – кварц, слюда; снижают температуру плавления (плавни) – полевой шпат, CaCO₃ (камневидные включения являются причиной дутиков), Fe₂O₃ (придает глине красный цвет), Fe(OH)₂ (придает глине буро-желтый цвет).

Общая технологическая схема производства керамических изделий.Для производства строительной керамики используют обычные глины и суглинки, содержащие соответственно 30…40 и 10…30 % глинистого вещества. Кроме глин в сырьевую смесь вводят отощающие, выгорающие добавки, плавни и др. Отощающие добавки – шамот, дегидратированная глина, песок (зерна 0,5-2 мм), гранулированный шлак (с зернами до 2 мм) снижают пластичность глин и снижают трещинообразование при сушке, выгорающие (опилки, каменный угол, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС) – улучшают условия обжига, уменьшают среднюю плотность и способствуют повышению качества изделия.

Основные производственные процессы технологии керамики являются общими для всех изделий. Таковыми процессами являются добыча глины и подготовка сырья, приготовление керамической массы, формование изделий, сушка отформованных изделий и обжиг. Подготовка сырьевых компонентов включает их измельчение, а при необходимости обогащение, сушку и т.п.

Добычу сырья осуществляют на карьерах открытым способом – экскаваторами. Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

Формование глиняной массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами.

§ Пластическое формование является наиболее распространенным способом производства керамики. Влажность сырья при этом способе 18…23 %. Изделия формуют на ленточных прессах, в которых масса уплотняется шнековым механизмом и выходит из мундштука в виде ленты определенного сечения, которая разрезается на отдельные изделия заданных размеров: кирпичи, трубы и т.п.

§ При полусухом способе исходные компоненты вначале дробят и высушивают, затем измельчают и с влажностью 8…12 % подают на формование. Изделия из порошков формуют на гидравлических или механических прессах при высоком давлении – 10…30 МПа.

§ Для литья сложных тонкостенных изделий используют керамическую массу в виде суспензии – шликера. Для получения шликера глинй измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60 %).

Сушат керамические изделия в сушилках разных конструкций, для которых подбирают оптимальный режим, обеспечивающий минимальное количество брака продукции.

Свойства искусственного камня керамика приобретает при обжиге 900…1200 ^оС. При обжиге образуются новые силикатные соединения, сырьевая смесь частично оплавляется и спекается. Изделия массового использования обжигают в туннельных печах, представляющие собой тепловые агрегаты непрерывного действия в форме тоннеля, по средине которого проложены рельсовые пути, по которым передвигаются вагонетки с изделиями.

Стеновые и облицовочные изделия.К этой группе относятся керамический кирпич, керамические камни и плиты. Различают обычный керамический кирпич – для кладки стен и других частей домов, облицовочный кирпич – для наружной облицовки и кирпич специального назначения – для кладки заводских труб (лекальный кирпич), канализационных сооружений и др. Кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда и размеры: 250×120×65 (одинарный) или 250×120×88 мм (утолщенный). Для керамического кирпича установлены следующие марки по прочности: 75, 100, 125, 200, 250, 300. Марка соответствует допустимой прочности при сжатии. Водопоглощение кирпича марок выше 150 должно составлять не менее 6 % по массе, для других марок – не менее 8 %. Марки по морозостойкости кирпича назначают следующие: 15, 25, 35, 50.

Значительный экономических эффект дает переход на выпуск пористых и пустотных керамических изделий. При изготовлении такого кирпича уменьшаются затраты сырья и топлива, возрастает производительность сушилок и печей, снижаются транспортные затраты. Поскольку облегченные керамические изделия имеют низкую теплопроводность, уменьшается толщина стен, облегчаются фундаменты. Производство облегченных керамических материалов требует, однако, более пластичных глин и более тщательной переработки сырья.

Индустриализация стеновой керамики решается путем изготовления в заводских условиях из кирпича и камня панелей, применение которых для наружных стен позволяет уменьшить расход материалов, снизить массу стен и затраты на кладку.

В строительстве наиболее распространены следующие фасадные материалы:

- лицевой кирпич и семи- или девятищелевые камни размером 250×120×138 мм;

- мозаичные плиты размерами 20×20, 50×50 мм и др.;

- плитки типа «кабанчик» размером 120×65 мм;

- плитка размером 145×250 мм.

Некоторые виды фасадных керамических изделий глазируют для защиты от воздействия внешней среды.

Для полов используют плитки из плотной керамики с водопоглощением не более 4 % и потерей массы при истирании не более 0,1 г/см² (метлахская плитка). Они имеют разные формы и размеры, гладкую и негладкую поверхность, бывают одно- и многоцветными. Их изготавливают из пластичных тугоплавких глин.

В дорожном строительстве для облицовки гидротехнических сооружений, канализационных коллекторов и др. сооружений используют кирпич или плиты (клинкерные плиты, кирпич) с высокой прочностью при сжатии (50…100 МПа), морозостойкостью 30…100 циклов, водопоглощением 2…6 % и сопротивлением к истиранию 14…18 г/см².

Дата добавления: 2014-03-11; просмотров: 429; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!