ГЛАВА 4

КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

4.1. Общие сведения

Керамическими называют искусственные каменные материалы, изготовляемые из глин с добавками путем формования и последующего обжига.

В настоящее время керамические материалы и изделия широко используются не только в строительной индустрии, но и в металлургической, химической и электротехнической промышленности в виде огнеупорной, кислотоупорной, электроизоляционной керамики и плиток для полов.В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности.

Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая безвредность керамических материалов обеспечивают им одно их первых мест по значимости и объемампроизводства среди других строительных материалов.

4.2. Классификация изделий строительной керамики

Керамические материалы и изделияклассифицируют по ряду признаков.

1. По назначению:

-стеновые (кирпич и камни);

-облицовочные (лицевой кирпич, плитки);

-кровельные (черепица);

-для полов(плитки для полов);

-для перекрытий (пустотелые камни);

-для дорог и подземных коммуникаций (клинкерный кирпич и трубы);

-санитарно-технические (раковины, унитазы);

-кислотоупорные;

-теплоизоляционные (легкий кирпич);

-огнеупорные (огнеупорный кирпич);

-заполнители для бетонов(керамзит, аглопорит).

2. По структуре:

-пористые, с водопоглощением более 5 % (кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, трубы);

-плотные, с водопоглощением менее 5 % (клинкерный кирпич, плитки для полов, фаянсовые, фарфоровые изделия).

39

4.3. Сырье для производства керамических материалов и изделий

Основным сырьевым материалом для производства керамических изделий является глина, применяемая в чистом виде, а чаще в смеси с различными добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.).

4.3.1. Глинистое сырье

Глины представляют собой осадочные горные породы, которые способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное камневидное тело.

Глинистые частицы имеют размер 0,005 мм и менее. Помимо глинистых частиц в составе сырья содержатся пылевидные частицы с размерами зерен 0,005…0,16 мм и песчаные частицы с размерами зерен 0,16…2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, междуними при смачивании образуются тонкие слои воды, способствуя набуханию частиц и скольжению их относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемуюпластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается в объеме (воздушная усадка). Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадкаглин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно пластичные, малопластичные и непластичные.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O, монтмориллонита Al2O3·2SiO2·4H2O, гидрослюды.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Содержание в них частиц размером менее 0,001 мм достигает 85…90 %.

Изделия с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах: SiО2 – 40…80 %; Al2O3 – 8…50 %; Fe2O3 – 0…15 %; CaO – 0,5…25 %; MgO – 0…4 %.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются при-

40

годным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.

4.3.2. Добавки к глинам

Отощающие добавки вводят в пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. Для этих целей используют дегидратированную глину, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Порообразующие добавки вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.

Плавни вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий (полевыешпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, стеклобой, перлит).

Пластифицирующие добавки применяют с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. Среди этих добавок широкое применение получили бентонитовые глины, добавки ПАВ.

4.3.3. Глазури и ангобы

Некоторые виды керамических изделии для повышения санитарногигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем – глазурью или ангобом.

Глазурь – стекловидное покрытие толщиной 0,1…0,2 мм, нанесенное на поверхность изделия и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными) различного цвета. Для изготовления глазури используют кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом.

Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.

4.4.Разновидности керамических материалов и изделий

4.4.1.Стеновые изделия

Кгруппе стеновых изделий относятся: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пустотелые камни, пористо-пустотелый, легкий кирпич).

Керамические кирпичи и камни изготовляют из легкоплавких глин с до-

бавками или без них и применяют для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений.

41

Пустотелый кирпич имеет сквозные щелевидные пустоты или круглые отверстия. Камни изготавливаются только пустотелыми.

Характеристикиполнотелогоипустотелого кирпичапредставленывтабл.4.1.

Таблица 4.1 Основные технические характеристики керамических кирпичей

Пористо-пустотелый кирпич получают аналогично пустотелому, но в состав керамической массы вводят выгорающие добавки.

К эффективным стеновым материалам относятся также легкие пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовленные из диатомитов и тре-

пелов. Применение эффективных стеновых керамических материалов позволяет уменьшить толщину стен, снизить материалоемкость, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

Прочность кирпича характеризуется пределом прочности при сжатии и изгибе и обозначается марками: 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300. Морозостойкость кирпича и камней 15, 25, 35 и 50. Водопоглощение для полнотелого кирпича марок 75, 100 и 150 не менее 8 %, а для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий не менее 6 %.

4.4.2. Облицовочные изделия

Керамические облицовочные изделия применяют для наружной и внутренней отделки конструкций зданий и сооружений не только с целью декоративнохудожественной отделки, но и повышения их долговечности.

Кирпич и камни лицевые отличаются от обыкновенных большей точностью формы и размеров, а также однородностью цвета и оттенка. Подбирая керамические массы и регулируя температуру обжига, получают изделия различных цветов: от белого до темно-коричневого.

Крупноразмерные облицовочные плиты выпускаются глазурованными и неглазурованными с гладкой, шероховатой или рифленой поверхностью. Они могут иметь квадратную или прямоугольную форму. Применяются плиты для облицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов.

Плитки керамические фасадные и ковры из них применяются для обли-

цовки стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей, подземных переходов. Плитки выпускаются квадратными и

42

прямоугольными, глазурованными и неглазурованными, с гладкой и рельефной поверхностью, различных размеров. Плитки могут поставляться в коврах, наклеенными на крафт-бумагу. Водопоглощение плиток 5…10 %, морозостойкость не менее 35 циклов.

Плитки для внутренней облицовки стен изготавливаются из легкоплав-

ких мергелистых глин (майоликовые плитки) или из огнеупорных глин с добавкой песка и плавней (фаянсовые плитки).

По характеру поверхности плитки бывают плоские, рельефные, фактурные; по виду глазурного покрытия – прозрачные и глухие, блестящие и матовые,одноцветные и многоцветные; по форме – квадратные, прямоугольные и фасонные.

Водопоглощение плиток до 16 %, предел прочности при изгибе 12 МПа. Так как эти изделия не подвергаются действию отрицательных температур, то требования морозостойкости к ним не предъявляются.

Плитки для внутренней облицовки стен применяют в помещениях санитарных узлов, кухонь, бань, прачечных, торговых, пищевых и химических предприятий, станций метрополитена.

Плитки для покрытия полов производят из тугоплавких и огнеупорных глин с добавками или без них. При производстве плитки обжигаются до спекания, вследствие чего имеют водопоглощение не более 4 % и высокую износостойкость.

Плитки могут быть квадратными, прямоугольными, четырех-, пяти-, шести-

ивосьмигранными. По виду лицевой поверхности плитки выпускаются гладкими

ис рельефом, одноцветными и многоцветными, матовыми и глазурованными, с рисунками и без них.

Плитки применяют для полов в помещениях с влажным режимом и интенсивностью движения (бани, ванные комнаты, кухни, коридоры, промышленные здания).

4.4.3. Керамические изделия для кровли и перекрытий

Керамическая черепица – старейший вид кровельных материалов. Имеет долговечность до 300 лет, обладает огнестойкостью, устойчивостью к атмосферным влияниям. Недостатками черепицы являются значительная масса кровли (65 кг/м2 покрытия), что требует особой прочности конструкции стропил, и высокая трудоемкость кровельных работ.

Камни и плиты для перекрытий изготавливают пустотелыми. Они огнестойки, долговечны, обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Пустотность керамических камней для перекрытий 50…75 %.

4.4.4. Керамические изделия для дорог и подземных коммуникаций

Клинкерный кирпич получают обжигом глин до полного спекания, поэтому он отличается от обычного высокими показателями прочности (марки 400, 700, 1000) и морозостойкости (50 и 100 циклов). Размеры кирпича 220 ×110×65 мм. Клинкерный кирпич называют дорожным и применяют для покрытия дорог и мостовых, облицовки канализационных коллекторов и отделки набережных.

43

Применяется он и в химической промышленности как кислотостойкий материал.

Канализационные керамический трубы изготовляют из огнеупорных глин без добавок или с отощающими добавками цилиндрической формы длиной 1000…1500 мм с внутренним диаметром 150…600 мм. На одном конце имеется раструб для соединения отдельных звеньев трубопровода. Поверхность труб снаружи и внутри покрывают кислотоустойчивой глазурью.

Канализационные трубы применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые водные стоки.

Дренажные керамический трубы изготовляют из пластичных глин цилиндрической формы или шести-, восьмигранными. Длина трубы 333 мм, внутренний диаметр 50…250 мм. Внешняя поверхность труб покрывается глазурью.

Используются такие пористые или дырчатые трубы для закрытого дренажа, а также осушениягрунтового основания под здания и сооружения.

4.4.5. Санитарно-техническая керамика

К санитарно-техническим изделиям относят изделия из фаянса, полуфарфора и фарфора. Для производства этих трех разновидностей керамических материалов, обладающих различными свойствами (табл. 4.2), используют беложгущиеся огнеупорные глины и каолины (50 %), кварц, полевой шпат, жидкое стекло и другие компоненты в различных соотношениях.

Таблица 4.2 Физико-механические свойства санитарно-технической керамики

Из шликерных масс методом литья изготовляют умывальники, унитазы, сливные бачки, раковины и другие изделия, которые после сушки и обжига покрывают блестящей белой или цветной глазурью.

Вопросы для самостоятельного изучения

1.Раскройте значение керамических материалов в строительстве.

2.Перечислите основные технологические операции при производстве керамических материалов и изделий.

3.Назовите основные способы формования керамических изделий.

4.Что представляют собой кислотоупорные керамические изделия?

5.Назовите основные виды теплоизоляционных и огнеупорных керамических изделий. Охарактеризуйте их свойства.

44

Библиографический список рекомендуемой литературы

Основная литература

1.Микульский, В.Г. Строительные материалы (материаловедение и технология): учеб. пособие / В.Г. Микульский, Г.И. Горчаков, В.В. Козлов и др. – М.: ИАСВ, 2002. – 536 с.

2.Домокеев, А.Г. Строительные материалы / А.Г. Домокеев. – М.: Высшая школа, 1982. – 384 с.

Дополнительная литература

1.Юшкевич, М.О. Технология керамики: учеб. / М.О. Юшкевич, М.И. Роговой. – М.: Изд-во литературы по строительству, 1969. – 350 с.

2.Книгина, Г.И. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: учеб. пособие для студентов / Г.И. Книгина, Э.Н. Вершинина, Л.Н. Тацки. – М.: Высшая школа, 1985. – 224 с.

3.Технология строительной керамики: метод. указания к выполнению лаб. работ для студ. спец. 270106 / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т; сост.: А.А. Суслов, Т.И. Шелковникова, А.М. Усачев.– Воронеж, 2007.– 32 с.

4.Кашкаев, И.С. Производство глиняного кирпича: учеб / И.С. Кашкаев, Е.Ш. Шейнман. – М.: Высшая школа, 1983. – 224 с.

5.Августиник, А.И. Керамика: учеб. / А.И. Августиник. – Л.: Стройиздат,

1975. – 590 с.

6.Будников, П.П. Химия и технология строительных материалов и керамики: учеб. / П.П. Будников. – М.: Изд-во литературы по строительст-

ву, 1965. – 608 с.

7.Технология изделий стеновой и кровельной керамики: учебное пособие / В.Ф. Завадский, Э.А. Кучерова, Г.И. Стороженко, А.Ю. Папичев / Новосибирский гос. арх.-строит. инстит. – Новосибирск, 1998. – 76 с.

Варианты тестовых заданий

45

46

47