Керамика в современном строительстве

• все поры в керамическом материале (с точки зрения морозостойкости) могут быть разделены на три категории: опасные, безопасные и резервные;
• опасные поры заполняются водой при насыщении на холоду. В них она удерживается при извлечении материала из воды и замерзает при температуре от —15 до —20° С. Диаметр этих пор от 200 до 1 мк для глиняного кирпича пластического прессования, от 200 до 0,1 мк для глиняного кирпича полусухого прессования;
• безопасные поры при насыщении на холоду водой не заполняются, либо заполнившая их вода не замерзает при указанных температурах. Это обычно мелкие поры. Заполняющая их вода становится по существу пристеночной адсорбированной влагой, имеющей свойства почти твердого тела и температуру замерзания существенно ниже (—20° С); 
• резервные поры при насыщении на холоду полностью заполняются водой, но из них при извлечении образца из насыщающего сосуда вода частично вытекает вследствие малых капиллярных сил. Это крупные поры диаметром более 200 мк.

Согласно этим исследованиям, керамический материал будет морозостойким, если в нем объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема замерзающей воды в опасных порах.

Алгебраически это условие  выражают (в %) формулой                              

 

                                              

где С—структурная характеристика материала; Vр и Vоп– объем пор соответственно резервных (размером более 200 мк) и опасных.

Экспериментальная кривая зависимости  морозостойкости полнотелого кирпича от его структурной характеристики (рис. 2) показывает, что при С<9% кирпич является неморозостойким. Пустотелые изделия морозостойки при С>6.

Морозостойкость определяет долговечность керамических материалов при их службе в условиях воздействия на них внешней среды. Поэтому требования морозостойкости регламентированы ГОСТами для стеновых фасадных, кровельных и некоторых других изделии строительной керамики.

 

 
Рис. 2. Зависимость морозостойкости глиняного кирпича от его структурной характеристики

Теплопроводность керамических материалов зависит от их объемной массы (рис. 3, а), состава, вида и размера пор и резко возрастает с увеличением их влажности (рис. 3, б), так как теплопроводность воды [l=0,58 Вт/(м-град)] выше теплопроводности воздуха

 
Рис. 3. Зависимость теплопроводности керамического материала

от а-его объемной массы и б-его влажности.

[l=0,029 Вт/(м-град)] в 20 раз.  Замерзание воды в порах материала ведет к дальнейшему резкому возрастанию его теплопроводности, поскольку теплопроводность льда [l=2,33 Вт/(м-град)] больше теплопроводности абсолютно  плотного  керамического  черепка  l= =1,163 Вт/(м-град) примерно в 2 раза, больше теплопроводности воды в 4 раза и больше теплопроводности воздуха в 80 раз.

Паропроницаемость действующими Гостами и ТУ не регламентирована. Однако в некоторых случаях она влияет на долговечность строительных конструкций.

Низкая паропроницаемость стеновых материалов может явиться причиной потения внутренней поверхности стен, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха. По экспериментальным данным, коэффициент паропро-ницаемости плиток полусухого прессования с водопоглощением 8,5; 6,5 и 0,25% соответственно равен 0,155; 0,0525; 0,029 г/(м.ч.Па).

 

 

Рис. 4. Схема возникновения очага замерзшей влаги в многослойной стене

t — температура; (mп — коэффициент паро-прончцаемости; 1 — основной слой стены с высокой паропроницаемостью; 2—фасадная облицовка с низкой газопроницаемостью; 3 — слой замерзшей влаги; / — изменение mп по толщине стены; //—изменение I по толщине стены.

В многослойных стенах неодинаковая газопроницаемость отдельных слоев  стены может вызвать накопление влаги в ее толще, последующее ее замерзание и отслаивание части стены (рис. 4). По этой причине не вполне надежна сквозная фасадная облицовка стен глазурованными плитками, обладающими низкой газопроницаемостью.

 

 

 

1.3. Сырьевые материалы  для производства керамических материалов и изделий.

 

Сырьевыми материалами для  производства  керамических  материалов и изделий  являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще –  в  смеси  с  добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами)  Под каолинами и глинами понимают природные  водные  алюмосиликаты  с  различными  примесями, способные при замешивании с водой  образовывать  пластичное  тесто,  которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние.

Каолины состоят почти  исключительно из  минерала  Al2O3  2SiO2 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм;  после обжига сохраняют белый цвет.

Глины боле разнообразны по минеральному составу, они больше  загрязнены минеральными и органическими  примесями.  Глинистое  вещество  (с  частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему  минералов – монтмориллонита Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазита Al2O3 2SiO2 4H2O.

Содержание таких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005мм 80 – 90 %.

В глинах могут быть примеси  снижающие, температуру плавления:  карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные включения CaCO3  являются причиной появления «дутиков» и  трещин  в  керамических  изделиях,  так  как гидратация   CaO,   получившегося   при   обжиге    керамических    изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто  встречающаяся  примесь  оксида железа придает глине привычную  красную  окраску.  Вообще  же  окраски  глин весьма  разнообразны:  от  белой,  коричневой,  зеленой,  серой до  черной. Окраска глин зависит от  примесей  как  минерального,  так  и  органического происхождения богатых углеродом.

Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с  преобладающим содержанием  монтмориллонита.  Содержание  в  них  частиц   меньше   0,001мм достигает 85 – 90 %.

Трепелы и диатомиты, состоящие  в  основном  из  аморфного  кремнезема, используют  для  изготовления   теплоизоляционных   изделий,   строительного кирпича и камней.

Отощающие добавки вводятся в состав керамической  массы для понижения пластичности и уменьшения  воздушной  и  огневой  усадки  глин.  В  качестве отощающих добавок используют шамот,  дегидратированную  глину,  песок,  золу ТЭС, гранулированный шлак.

Шамот – зернистый керамический  материал  (с  зернами  0,14  –  2  мм), получаемый  измельчением  глины,  предварительно  обожженной  при   той   же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно  получить,  измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные  и  обжиговые  свойства глин, поэтому его  применяют  для  получения  высококачественных  изделий  – лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

Дегидратированная глина при температуре 700 -  750°  С,  добавляемая в количестве 30 – 50 %,  улучшает  сушильные  свойства  сырца  и  внешний  вид кирпича.

Песок (с зернами 0,5 – 2 мм) добавляют в количестве 10 – 25 %.

Гранулированный доменный  шлак  (с  зернами  до  2  мм)  –  эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роли отощителей  выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

Парообразующие материалы  вводят в сырьевую массу для  получения  легких керамических    изделий    с    повышенной    пористостью    и    пониженной теплопроводностью.  Для  этого  используют  вещества,  которые  при   обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2  (молотые мел,  доломит),  или выгорают.

Выгорающие добавки: древесные  опилки, измельченный бурый уголь,  отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только  повышают  пористость керамических  изделий,   но   также   способствуют   равномерному   спеканию керамического черепка.

Пластифицирующими добавками  являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностно активные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.

Плавни добавляют в  глину  в  тех  случаях,  когда  необходимо  понизить температуру ее спекания.  К  ним  относят:  полевые  шпаты,  железную  руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

Для придания декоративного  вида  и  стойкости  к  внешним  воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью  или  ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала,  закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури –      это  стекла,  которые могут  быть  прозрачными  и  непрозрачными  (глухими),   различного   цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый  песок,  каолин, полевой шпат, соли щелочных и  щелочно-земельных  металлов,  оксиды  свинца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными –  в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция. Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не

обожженные изделия. При  обжиге ангоб не плавится, поэтому  поверхность

получается матовой. Ангоб  по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В Казахстане предусмотрены высокие темпы развития промышленного и гражданского строительства, выполнение которых возможно лишь при опережающих темпах роста выпуска строительных материалов, в том числе изделий строительной керамики, кирпича и керамических камней.

Прирост объема производства керамических изделий предполагается осуществить за счет глубоких качественных изменений: механизации и автоматизации  технологических процессов; реконструкции  и расширения действующих предприятий  и сырьевой базы отрасли; использования  вторичного сырья, обогащенных сырьевых материалов; применения более совершенных  конструкций основного технологического оборудования.

Внедрение автоматизированной системы управления технологическим  процессом, снабженной управляющим  вычислительным комплексом, даст большой  экономический эффект, который определяется увеличением выхода качественной продукции  при снижении процента брака, уменьшением  энергозатрат. Автоматизация высокотемпературных процессов будет способствовать дальнейшей интенсификации керамического производства, а использование более совершенных конструкций тепловых агрегатов, сушилок приведет к экономии топливно-энергетических ресурсов.

Переход керамической промышленности на интенсивный путь развития необходим  в связи с тем, что накоплен большой потенциал основных фондов и назрела необходимость в  получении отдачи от них.

В настоящее время стоимость  основных фондов с каждым годом возрастает, а фондоотдача в некоторых  случаях даже снижается.

Промышленность строительной керамики является материало- и топливоемкой подотраслью промышленности строительных материалов, материальные затраты в структуре затрат составляют почти 50%. Поэтому снижение материальных и энергетических ресурсов за счет совершенствования технологических процессов, конструкций изделий, повышения их качества, а также сокращения дальности перевозки сырьевых материалов — задача первостепенной важности.

В заключении хочется добавить, керамические изделия все больше приобретают популярности в современном строительстве. Они все больше вытесняют другие строительные материалы, несмотря на их относительную дороговизну и сложность укладки. С чем это связано? Прежде всего, с их прочностью и износоустойчивостью, чего нельзя сказать о многих других видах строительных материалов. Кроме этого можно отметить широкие возможности в нанесении разнообразных рисунков на керамические поверхности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. Горчаков Г. И.  Строительные  материалы:  учебное  пособие  для  высших учебных  заведений/  Г.И.  Горчаков,  Ю.М.Баженов;  под общ.  ред.  Г.И. Горчакова. – Владимир: Союзполиграфпром, 1986 г.

 

2. Комар, А. Г. «Строительные материалы и изделия», Ярославль, 1988г. 

 

3. Бондаренко В.М., Римшин В. И. Строительная наука - направления развития // Строит, материалы. 1998 г. № 4.

 

4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Производство глиняного кирпича. М.: Стройиздат. 1984 г.

 

5. Производство изделий строительной керамики. Состояние и перспективы развития, М., 1962 г.

 

6. Справочник по производству строительной керамики, М., 1961 г.;