Керамические стеновые материалы

 

1.Добыча глины и карьерные работы.

 

Когда глина испытана и намечено место для организации производства, приступают к ее добыче и заготовке.

Кирпич можно вырабатывать из глины вылежавшейся и из свежей глины, только что взятой из карьера — «свежевки». Лучший кирпич получается из вылежавшейся, промороженной глины. Особенно необходимо вылеживание, если глина плотная, жирная, трудно размокающая. Добытая осенью глина обычно вылеживается и промораживается.

С глиняной залежи снимают растительный слой и весь не пригодный для выработки кирпича грунт. Затем начинают добычу глины уступами. Глину нагружают в тачку и отвозят к месту переработки, где укладывают в конус. Высота конуса не должна быть более 1 м, так как иначе глина плохо промерзнет; длина и ширина конуса принимаются в зависимости от количества заготовляемой глины. При добыче глины в карьере ее обычно берут сразу на всю глубину, чтобы перемешать слои, имеющие различные свойства. При заготовке же глины в конусах в карьере ее можно брать не на всю глубину сразу, а на два-три штыка: первые два-три штыка надо развалить по земле там, где предполагается устройство конуса, затем на них сверху еще два-три штыка, а самые нижние — на верх конуса. Весною, при выборке глины из конуса на производство, ее следует брать на всю высоту конуса, чтобы она еще раз перемешалась. Тогда получается однородная глина, а из нее хороший кирпич. При послойной загрузке глины в конус каждый слой обильно поливают водой. Кроме того, в конусе делают отверстия ломом, чтобы вода проникала на всю толщину конуса.

Желательно на конусах глины, заложенной для промораживания, не допускать большого снежного покрова, чтобы глина могла хорошо промерзнуть.

Площадка для размещения конуса должна быть очищена от дерна, утрамбована и выровнена, чтобы с нее не стекала вода.

Если осенью глину не заготовили, можно подвергнуть ее летованию (выветриванию). Для этого глину также укладывают в гряды высотою около 0,5 м и замачивают, а затем, когда она подсохнет, неоднократно поливают водой. Чем жирнее глина, тем продолжительней должно быть ее вылеживание.

Летование рекомендуется производить в течение 15—30 дней.

Если глина не промораживалась и не подвергалась летованию, ее следует подвергнуть замачиванию. Замачивают глину в невысоких грядах (40—50 см), в кучах или в специальных траншеях, облицованных горбылями. Замочив послойно глину, ее покрывают рогожами, соломенными матами и т. п., чтобы влага из глины не испарялась. Малопластичные глины выдерживают в замоченном состоянии от 0,5 до 2 суток, более жирные — до 3 и 7 суток.

 

2.Подготовка сырьевой массы.

 

Подготовка сырья в старину велась «естественным» образом: глина, добытая в карьере, в течение 1...2 лет выдерживалась в буртах под открытым небом. Периодическое намокание, замораживание и оттаивание разрушало природную структуру глины, вымывало из нее соли (вспомните белые высолы на современном кирпиче). После этого глину обрабатывали на глинорыхлителях и камнеотделительных валках и доводили до требуемой пластичности добавлением воды.

В настоящее время глину увлажняют паром и интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобно формуемой массы без крупных каменистых включений (кусочки СаС03 должны быть удалены или измельчены в порошок).

Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности проработки сырьевых компонентов. Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобно формуемой глиняной массы.

 

3.Формование изделий.

 

Формование изделий ведется двумя способами: пластическим и  полусухим.

 

Пластическое формование.

Производство кирпича методом пластического формования ведется на хорошо проработанной пластичной массе с влажностью 15...25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40...50 % песка.

Формование кирпича-сырца производят на ленточном прессе. Глиняная лента нарезается автоматическим устройством на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

Однако известный способ не лишен недостатков, а именно: 
возрастает сопротивление движению керамической массы в полости мундштука в процессе формования кирпича, что снижает производительность пресса и увеличивает нагрузку на его приводной механизм, т.е. увеличиваются энергозатраты на операцию формования керамического бруса.

Другим существенным недостатком является снижение конструкционной прочности изделия из-за наличия в кирпиче искусственно созданных крупных по размерам большого количества пустот, с суммарным объемом в 13-30% и даже выше от объема изделий, что во многих случаях не позволяет использовать такой кирпич в качестве стенового материала при строительстве высотных зданий и увеличивает процент боя (поломок), особенно на транспортных операциях.  

Полусухое формование.

Полусухой способ производства кирпича отличается от пластического тем, что прессование кирпича производят из сильно отощенных жестких масс (применяют малопластичную глину) влажностью 8...10 % на гидравлических или механических прессах высокого давления (10...30 МПа). Такой сырец, как правило, не требует сушки - его сразу после формования можно обжигать. Так как кирпичи полусухого прессования получаются более плотными, в них делают несквозные пустоты. Изделия, спрессованные из порошков, обладают в сырце большой прочностью и точностью размеров, характеризуются низкой усадкой при обжиге, однако имеют пониженную морозостойкость.

Данный метод предусматривает подсушку глины в сушильном барабане в течение 10-15 минут, после чего глина измельчается стержневым смесителем в порошок с фракцией 0,5-5 мм и формуется в кирпич колено-рычажными прессами. Поскольку формование происходит при влажности порошка 8-10%, то отформованный кирпич не требует сушки и подается сразу после формовки в печь.

Следовательно:

не требуются затраты на энергоносители для сушки;

не требуется ввод в глину добавок для улучшения сушильных свойств кирпича;

даже при наличии в глине солей, они не выступают на поверхности кирпича;

технологическое оборудование более простое и потребляет значительно меньше электроэнергии.

 

4.Сушка изделий.

 

Процесс сушки сопутствует производству всех видов керамических изделий. При этом сушат не только сформованные изделия, но также глину, фильтр-прессные коржи, заготовки. При изготовлении многих керамических изделий сушка оказывает решающее влияние на качество готовой продукции. Так, трещины, появляющиеся при сушке многих керамических изделий, обусловливают их брак, а при производстве кирпича существенно снижают его качество.

Процесс сушки оказывает заметное влияние на экономику производства, поскольку его осуществление требует значительных расходов топлива и электроэнергии, а денежные затраты на этот процесс составляют в ряде случаев 10—12% от общей себестоимости готовых изделий. Значительны также капиталовложения на сооружение сушильных установок, размеры которых растут в прямой зависимости от длительности процесса сушки. Во многих случаях размеры сушильных установок и интенсивность процесса сушки лимитируют общий выпуск продукции предприятием, являясь так называемым «узким местом», и от возможности увеличения производительности сушильного цеха зависит рост общей производственной мощности завода.

Поэтому во всех случаях нужно стремиться к такой организации процесса сушки, в котором сочеталось бы получение продукции или полуфабриката высокого качества, минимальная длительность процесса и возможно малые расходы тепла и электроэнергии. Достижение этих целей составляет задачу рациональной организации процесса сушки и требует знания основ ее технологии. В технологии сушки рассматриваются закономерности протекания физико-химических, структурно-механических, тепло - и влагообменных и других явлений, сопутствующих процессу сушки.

Общие сведения о процессе сушки. Сырец содержит много воды. Количество ее зависит от свойств глины и способа формовки.

Сырец, сформованный на ленточном прессе — 20—24% воды. Необходимо без повреждений сырца постепенно удалить эту воду до остаточной влажности 8—9%.

При сушке сырец, теряя влагу, уменьшается в размерах. Если усадка неравномерна, т.е. одни части сырца высыхают быстрее, чем другие, то в нем возникают напряжения и могут образоваться трещины, поэтому сырец надо сушить постепенно и равномерно, соблюдая определенный порядок, называемый режимом сушки.

Режим сушки устанавливается опытным путем и зависит от сушильных свойств глины, способа формовки, типа сушильных устройств, погоды и других местных особенностей.

Общим для всех режимов является более осторожная и замедленная сушка в начале и более быстрая в конце.

Одни глины легко переносят быструю сушку, не давая трещин, другие — склонны к образованию трещин и требуют медленной, осторожной сушки. Поэтому продолжительность сушки колеблется в широких пределах — от 6 до 25 суток.

Чем выше температура воздуха, чем он суше, чем быстрее он движется, тем быстрее сохнет сырец. Если же на дворе прохладно, туман, дождь, нет ветра — сушка протекает крайне медленно. Поэтому в одних случаях необходимо принимать меры к замедлению сушки, а в других, наоборот, к возможному ускорению ее. Сушку кирпича ведут как в камерных, так и в туннельных сушилках. В качестве теплоносителя и одновременно влагопоглотителя используют нагретый воздух или дымовые газы.

 

5.Обжиг.

 

В технологии керамического кирпича обжиг является завершающей и наиболее ответственной стадией его изготовления. В процессе обжига формируются наиболее важные свойства керамического материала, определяющие его техническую ценность: прочность, плотность, водостойкость, морозостойкость и др. Пороки обжига являются необратимыми дефектами в изделии. Они не поддаются последующему устранению и потому в большинстве случаев дефекты обжига определяют качество готовой продукции — сортность и количество брака. Велико также влияние результатов обжига на экономику производства. Об этом свидетельствуют довольно значительные удельные весовые расходы топлива, которые в пересчете на 1 т готовой продукции составляют в среднем для стеновой керамики 45 кг. Суммарные затраты на обжиг достигают 35— 40%, а потери от брака — почти 10% себестоимости товарной продукции.

Квалифицированное ведение обжига требует знания тех изменений, которые происходят в керамической массе при этом процессе, и знания закономерностей, которые управляют процессом формирования конечных свойств керамического черепка. Все это составляет основу теории обжига.

Обжигают высушенный кирпич в туннельных печах: сырец, уложенный на вагонетки, непрерывно движется вдоль печи навстречу горячим газам и последовательно проходит зоны подогрева, обжига и охлаждения.

При воздействии высоких температур на глинистые материалы в них происходят сложные физические, химические и физико-химические изменения. В начале нагревания при 100... 150 °С удаляется физически связанная вода, при 350...400 °С выгорают органические примеси, при 300...900 °С удаляется химически связанная (кристаллизационная и цеолитная) вода, причем глинистые минералы разрушаются и глина переходит в аморфное состояние.

Обжиг кирпича из легкоплавкого сырья ведут при 900... 1000 °С, из тугоплавкого - при 1100... 1200 °С. В процессе обжига протекают последовательно реакции в твердой фазе, собственно жидкофазное спекание и кристаллизация новообразований. Жидкофазное спекание или образование расплавов в обжигаемых изделиях по мере повышения температуры является наиболее важным процессом, в результате которого керамическая масса переходит в керамический черепок.

 

6.Сортировка и хранение.

 

При выгрузке из печи керамические изделия сортируют. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов. По степени обжига они могут быть разделены на изделия нормального обжига, недожог (кирпич алого цвета, характеризуется низкими прочностью, водо- и морозостойкостью) и пережог (кирпич фиолетово-бурого цвета с оплавленной поверхностью). Сортность изделий устанавливают по внешнему виду, форме, размерам и наличию дефектов в соответствии с требованиями ГОСТа.

При механизированной погрузке, разгрузке и транспортировании используют деревометаллические поддоны, на которые кирпич укладывают на ребро с перевязкой или «в елочку» (с наклоном в 45° к центру пакета). Чтобы уложить кирпич «елочкой», к торцам поддона прибивают треугольные бруски. Без поддонов кирпич перевозят уложенным в штабель с перевязкой; перевозить навалом запрещается, так как при этом много кирпича бьется. Хранят поддоны с кирпичом на открытых площадках, желательно в полиэтиленовой упаковке.

Кирпич керамический рядовой применяют для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий там, где необходима высокая прочность.

Кирпич полусухого прессования нельзя применять для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.

 

6. Технико – экономические показатели.

 

Большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии и высокая долговечность керамических материалов выдвинули их на одно из первых мест среди других строительных материалов. Основным стеновым материалом до сих пор остается штучный кирпич, составляющий в общем балансе стеновых материалов до 50%.

Структура производственных затрат в промышленности строительной керамики характеризуется большой трудоемкостью вследствие невысокого уровня механизации производства. Удельный вес заработной платы в среднем по промышленности строительной керамики составляет 38%, а в целом по промышленности — 18,6% себестоимости продукции. Резервы снижения себестоимости продукции являются весьма значительными.

Значительного снижения расхода энергоресурсов — топлива и электроэнергии — достигают применением метода бескапсельного обжига и радиационных сушил и при использовании в качестве топлива природного газа.