Технология изготовления керамической кровли

 

 

Введение

В современном мире в строительстве очень широко применяются керамические материалы и изделия. Это обусловлено большой прочностью, значительной долговечностью, декоративностью многих видов керамики, а также распространенностью в природе сырьевых материалов.

Черепица - самый древний кровельный материал в мире. Красота формы, цвета, фактуры черепицы для многих народов на протяжении тысячелетней истории служили эстетическим идеалом архитектурного образа крыши дома. Дом под черепицей - это классика! Что может быть прекраснее? Только она способна покрыть дом нарядным каменным панцирем - прочным и долговечным. Натуральной черепицей сегодня принято считать как традиционную глиняную керамическую черепицу, так и цементно-песчаную. В данной курсовой работе речь пойдет о керамической черепице.

Керамическая черепица — один из старейших видов кровельных покрытий. Керамическая черепица является натуральным, экологически чистым материалом, что в наши дни очень ценится, технология производства такой черепицы почти не меняется. Несмотря на широкий ассортимент новых современных и недорогих кровельных материалов, популярность керамической черепицы остается на высоте. 
Срок службы качественной черепицы без необходимости проведения ремонта - более 100 лет. Причем все это время она сохраняет свои декоративные свойства.

Керамическая черепица обладает следующими свойствами:

• эстетичность внешнего вида
• огнестойкостью
• абсолютной устойчивостью к ультрафиолетовому излучению, кислотным дождям, резким перепадам температуры и другим климатическим факторам
• низкой теплопроводностью
• способностью поглощать шум и не накапливать статическое напряжение.

Современные технологии нанесения покрытий на черепицу обеспечивают богатейший выбор цветов и поверхностей матовых либо глянцевых (ангобированная или глазурованная черепица).

Поверхность заготовки черепицы покрывается специальным составом — ангобом, который представляет собой смесь порошкообразной глины с минеральными веществами и водой. Эти минеральные вещества и придают при обжиге черепице различные цвета и оттенки. Цвет ангобированной черепицы не изменяется со временем.

Существует еще один вариант покрытия черепицы — глазурирование. Глазурь — это стекловидная масса, которую, так же как и ангоб, перед обжигом наносят на заготовки черепицы. В процессе обжига глазурь затвердевает и образует на поверхности черепицы цветной защитный слой.

Покрытие не оказывает существенного влияния на срок службы черепицы, но может кардинально изменить ее внешний вид. Помимо огромного разнообразия цветов, существует богатый выбор форм моделей керамической черепицы.

Данная работа актуальна и в наше время, так как  подбор и анализ химического и минерального состава глинистого сырья очень важен для получения керамических материалов, обладающих наилучшими свойствами.

Целью работы является раскрытие основных технологий изготовления керамической кровли, ее положительных и отрицательных качеств.

В процессе работы будем выполнять следующие задачи:

• Рассмотрим основные свойства, состав сырьевых материалов для производства керамической черепицы.
• Выясним способы добычи глины.
• Назовем нормативные требования, предъявляемые к сырьевым материалам.
• Рассмотрим основные способы производства керамических кровельных материалов.
• Составим технологическую схему производства керамических кровельных материалов.
• Рассмотрим виды готовой керамической кровли и укажем ее основные технико-экономические показатели.
• Выявим области применения керамической кровли.
• Расскажем об основных производителях керамических кровельных материалов.

 

1 . Основные сырьевые материалы  для производства кровельных керамических материалов

1.1 Перечень, состав и свойства сырьевых материалов

Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.

Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005-0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16-2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга, без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, глины умеренной пластичности, малопластичные и непластичные.

Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80-90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10-15%. Глины средней и умеренной пластичности имеют в своем составе 30-60% глинистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28% и воздушную усадку 7-10%.

Малопластичные глины имеют в своем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7-15 и воздушную усадку 5-7%.

Непластичные глины не образуют пластичного теста.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют "жирными", отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют "отощающие" добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10-15% - "тощие" глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.

Различное сочетание химического, минералогического и гранулометрического состава компонентов обуславливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения керамических изделий тех или иных свойств и назначения.

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, монтмориллонита, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью.

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%.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов. Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин. Наличие в составе глины тонкодисперсного известняка придает светлую окраску, понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления трещин в керамических изделиях. Оксиды щелочных металлов являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.  

Добавки к глинам.

В пластичные глины для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также предотвращения деформаций и трещин в изделиях вводят отощающие добавки. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

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

С целью снижения температуры обжига керамических изделий вводят плавни. К ним относятся: полевые пшаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.

С целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды вводят пластифицирующие добавки. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.

Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.).

Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом.

Глазурь - стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, нанесенное на изделие 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.

 

1.2 Способы изготовления или добычи сырьевых материалов

В большинстве случаев глину добывают открытым способом, для чего используют одноковшовые или многоковшовые экскаваторы, скреперы и другие механизмы. На завод глину доставляют рельсовым транспортом, автотранспортом, ленточными транспортерами, подвесными дорогами, люлечными конвейерами.

Карьерная глина обычно непригодна для получения изделий. Поэтому технология любого керамического изделия начинается с приготовления так называемой керамической, или рабочей, массы. Цель этой стадии производства — разрушить природную структуру глиняного сырья, удалить из него вредные примеси, крупные куски измельчить, а затем обеспечить равномерное смешивание всех компонентов с водой до получения однородной и удобоформуемой керамической массы. В зависимости от вида изготовляемой продукции и свойств исходного сырья керамическую массу получают пластическим, полусухим и шликерным (мокрым) способами. В связи с этим выбирают и способ формования изделий — пластическое формование, полусухое или сухое прессование, литье. При производстве черепицы используется пластическое формование, поэтому  мы рассмотрим только этот способ обработки карьерной глины.

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают друг с другом с добавлением воды до получения теста. Влажность получаемой массы колеблется от 15 до 25 % и более. Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым, наименее металлоемким и потому наиболее распространенным. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу. 

 

1.3 Нормативные требования, предъявляемые к сырьевым материалам

Для производства керамической черепицы будем использовать высокопластичные «жирные» глины (с содержанием глинистых веществ более 60%) с добавлением в качестве отощающей добавки кварцевого песка для предотвращения появления в изделиях трещин.

Нормативные требования, предъявляемые к исходным сырьевым материалам, представлены в таблице. (табл. 1)

Таблица 1

Нормативные требования, предъявляемые к исходным сырьевым материалам

Наименование показателей	Величина
Глина
Содержание глинистых частиц, %	80 – 90
Число пластичности	>25
Водопотребность, %	>28
Воздушная усадка, %	10 – 15
Песок ГОСТ 8736
Модуль крупности	1,5 – 2,0
Полный остаток на сите №063, %	10 - 30
Содержание пылевидных и глинистых частиц, %	3
Вода ГОСТ 23732-99
Максимальное допустимое содержание растворимых солей, мг/л	2000
Максимальное допустимое содержание взвешенных частиц, мг/л	200

 

2. Технология производства кровельных керамических материалов

2.1 Основные способы производства кровельных керамических материалов

Технология производства натуральной черепицы практически не изменилась за много лет. Усовершенствованиям подвергалось только производственное оборудование. Главный принцип производства остается неизменным: из глины, смешанной со специальными добавками, в частности с пластификаторами, формуются черепки, которые затем подвергаются сушке и обжигу при температуре около 1000 °С. Очень важно как качество глины, так и тщательное следование технологии обжига, поскольку оба эти фактора определяют дальнейшую морозоустойчивость и водонепроницаемость керамической черепицы.