Классификация керамических изделий в строительстве

Стеновые керамические материалы изготавливают из легкоплавных глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий, а также для изготовления панелей и блоков.

В зависимости от размеров стеновые керамические кирпичи и камни подразделяются на виды: кирпич обыкновенный, утолщенный, модульный; камень обыкновенный, укрупненный с горизонтальным расположением пустот.

Основные свойства стеновых керамических материалов – это высокая морозостойкость и водопоглощение. Морозостойкость кирпича и камней составляет 15, 25, 35 и 50 циклов. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не менее 8%, для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий — не менее 6%.

Существует три вида виды стеновых керамических материалов по плотности:

1. Обыкновенные — с плотностью более 1600 кг/м3;

2. Условно-эффективные — с плотностью не более 1400—1600 кг/м3;

3. Эффективные — с плотностью не более 1400— 1450 кг/м3.

Формовочные станки и формы для производства керамических изделий

Стеновые керамические материалы – классификация и особенности

Проектирование коттеджей требует очень пристального внимания к расчетам объемов необходимого строительного материала и дополнительных средств. Профессиональные архитекторы и конструкторы нашей компании используют все отличительные характеристики изделий и создают наиболее рациональную и экономически выгодную смету сооружения коттеджа. При этом учитываются не только теплопроводящие качества, но также и размер, способ укладки, облицовка. Итак, виды стеновых керамических материалов с описанием свойств приводятся дальше по тексту.

Кирпич стандартный полнотелый

Обычное и привычное всем изделие, применяемое уже много лет при сооружении загородных домов. По своей плотности данный материал имеет наиболее высокие показатели, но, вместе с тем, и самое низкое значение теплопроводности. Стандартные размеры, принятые промышленность и указанные в ГОСТе – 250х120х65 миллиметров по длине, ширине и высоте, соответственно. Данные габариты также обусловлены технологией производства, позволяют быстрее проводить сушку и обжиг штучного материала, палетирование, а также использование на стройплощадке.

Как правило, такой кирпич использует для наиболее нагруженных участков конструкции, так как имеет достаточно высокую прочность, доходящую в некоторых марках изделий до М300. Также очень важное свойство, которое позволяет использовать данный материал повсеместно – его морозостойкость – кирпич может выдерживать более 75 циклов заморозки/разморозки и прекрасно работает даже в условиях повышенной влажности, не впитывая в себя более 8% воды.

Из-за своих качеств такой кирпич имеет массу модификаций, призванных обеспечить разностороннее использование – конструкционный, огнеупорный, кислотоупорный. Но одна из особенностей данного материала состоит в его обычном и не очень привлекательном внешнем виде, потому стандартный кирпич используется для стен, предназначенных под дальнейшую отделку.

Керамические материалы и изделия

Кирпич пустотелый

Разновидность стандартного изделия, облегченная и одаренная дополнительными свойствами. По своим габаритам, пустотелые кирпичи являются полными аналогами полнотелых, и имеют размеры 250х120х65 миллиметров. Отличие состоит в том, что внутри каждой единицы материала есть сквозные или закрытые пустоты различного размера – чаще всего по всей высоте изделия.

Так вот основное назначение этих отверстий состоит в том, чтобы создавать закрытый воздушный контур внутри стены, не пропускающий тепло наружу и холод внутрь. По своим теплопроводящим качествам, пустотелые кирпичи намного эффективнее более плотным аналогам. Ожидаемо, многие возразят, что прочность от этого уменьшается – в этом есть доля правды, но она никак не влияет при использовании изделий для несущих стен двух или трехэтажных коттеджей.

Керамический блок

Разновидность глиняного изделия, который очень часто называют искусственным камнем. Данный тип керамического материала имеет очень много отличительных характеристик, которые привлекли внимание архитекторов, строителей, и самих заказчиков:

1. Поризованность – наличие внутри структуры герметичных пустот. Они образуются из-за того, что в составе материала на стадии производства включены органические компоненты, которые при обжиге выгорают, оставляя пустое место. Благодаря порам каменные блоки обладают очень низкой теплопроводностью, что позволяет сократить толщину стены в два раза при одинаковых защитных характеристиках;
2. Размеры – в несколько раз больше обычного кирпича, так как материал легче и объемнее. Есть несколько стандартизирующих документов, которые определяют нужные габариты изделий, но в практике часто используются блоки с длиной в 250 мм, высотой в 138 мм, а вот ширина может быть двух видов – 120 и 250 миллиметров, что позволяет варьировать использование материала в разных ситуациях;
3. Пустоты – еще одна особенность, которая облегчает керамические блоки и повышает его теплозащитные характеристики. Форма сквозных отверстий может быть самой разной, так как рассчитана на установку вертикальной арматуры и достаточную внутреннюю вентиляцию;
4. Гибкость форм – именно данное изделие обладает наибольшими вариациями по форме и размерам. По сути, каждый может заказать себе уникальные типы блоков полукруглой или криволинейной формы – главное, чтобы не нарушались стандарты по плотности и прочности;
5. Удобство – один из ключевых моментов при выборе данного строительного материала. Блок легко заменяет собой от двух кирпичей в самом миниатюрном исполнении, что облегчает работу строителей, и увеличивает скорость сооружения здания. Кроме этого для разгрузки и перемещения по объекту совсем не обязательно нанимать кран – все можно осуществить силами работников.

Облицовочный кирпич

Стеновые керамические материалы нельзя описать, не затрагивая ту часть, которая говорит о наружной отделке построенного коттеджа. Даже, если вы решили построить дом из газобетона, в чем вам легко поможет ИнноваСтрой, фасады можно отделать красивым и привлекательным кирпичом. Облицовочные изделия, конечно же, имеют стандартные размеры, но их настолько много, что описывать все не имеет смысла. Отметим только несколько характеристик:

• Гладкая и ровная поверхность – глазированная и покрытая специальным слоем. Такой материал не боится воздействия температур, влаги, жары;
• Привлекательность – производители предлагают массу вариантов по форме и цветовому исполнению, что очень пригодится при создании оригинальных фасадов, обшивке колонн, портиков и разных частей сооружения;
• Вариации размеров и лицевой стороны – облицовочный кирпич может быть очень тонким – около 30 мм по высоте, иметь шероховатую или рифленую лицевую сторону, повторять по структуре камень или дерево – вариантов масса. Плюс – все производители могут создать материал по эскизам заказчика, что очень удобно, когда строительство коттеджей проводится по авторскому проекту.

Номенклатура строительных керамических материалов

а) Пористые (плотность ниже 95%):

• Кирпич глиняный обыкновенный
• Кирпич повышенной пористости
• Кирпич и камни пустотелые и дырчатые
• Кирпич лекальный (для карнизов, дымовых труб)
• Кирпич для канализационных сооружений (прямоугольный и клиновидный)
• Кирпич лицевой (отделочный)
• Черепица (для крыш)
• Изразцы (для печей)
• Плитки облицовочные и другие облицовочные материалы (терракота, майолика, пустотелые облицовочные камни)
• Трубы дренажные
• Изделия для оград
• Трубы канализационные и фасонные части к ним

б) Плотные (с так называемым каменным черепком, плотность выше 95%):

• Кирпич дорожный
• Плитки для полов
• Камнями условно называют керамические изделия, размеры которых больше, чем у обыкновенного кирпича, т. е. больше 250х120х65

Общая схема производства керамических изделий

Керамические материалы и изделия, которые выпускает промышленность, имеют разнообразные размеры, форму, физико-механические свойства и различное назначение, но основные этапы технологического процесса их производства примерно одинаковы и складываются из добычи сырьевых материалов, их транспортировки на завод, подготовки сырьевой массы, формования изделия (сырца), сушки и обжига.

ДОБЫЧА И ДОСТАВКА ГЛИНЫ

Глину для производства керамических материалов и изделий добывают в карьерах, обычно расположенных в непосредственной близости от завода. Для добычи используют одно- или многоковшовые экскаваторы, возможно также применение средств гидромеханизации. На завод глину доставляют по рельсовым путям в вагонетках с опрокидывающимся кузовом, автосамосвалами, ленточными транспортерами, вагонетками канатной дороги и другими видами транспорта.

ПОДГОТОВКА СЫРЬЕВОЙ МАССЫ

Добытая в карьере и доставленная на завод глина в естественном состоянии обычно непригодна для формования изделий. Необходимо разрушить природную структуру глины, удалить из нее вредные примеси, измельчить или убрать крупные включения, смешать глину с добавками, а также увлажнить ее, чтобы получить удобоформуемую массу. Для этой цели используют различные механизмы: вальцы, дезинтеграторы, бегуны, глинорезки, глиномялки, мешалки и др. Эти механизмы будут рассмотрены ниже.

Глину обрабатывают полусухим, пластическим и мокрым способами. Выбор того или иного способа зависит от свойств сырьевых материалов, состава керамических масс и способа формования изделий, а также от их размеров и назначения.

При полусухом (сухом) способе сырьевые материалы высушивают, дробят, размалывают и тщательно перемешивают. Сушат глину обычно в сушильных барабанах, дробят и размалывают в бегунах сухого помола, дезинтеграторах или шаровых мельницах, а смешивают в лопастных мешалках. Влажность пресспорошка составляет 8…12 % (4…6 %). Увлажняют пресспорошок водой или паром.

Полусухой способ применяют в производстве строительного кирпича полусухого прессования, плиток для полов, облицовочных плиток и др.

При пластическом способе сырьевые материалы смешивают при естественной влажности или с добавлением воды до получения глиняного теста влажностью 18…25 %. Для измельчения и переработки сырьевых материалов применяют вальцы и бегуны различных типов, а для перемешивания — глиномешалки.

Пластический способ подготовки сырьевой смеси широко применяют в производстве керамического кирпича пластического формования, керамических камней, черепицы, труб и других видов строительной керамики.

При мокром (шликерном) способе сырьевые материалы предварительно измельчают в порошок, а затем тщательно смешивают в присутствии большого количества (более 40 %) воды, получая однородную текучую массу (шликер). Этот способ применяют при производстве фарфоровых и фаянсовых изделий, облицовочных плиток и др.

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ

Формуют керамические изделия различными способами: пластическим, полусухим, сухим и мокрым. Выбор способа формования зависит от вида изделий, а также от состава и физико-механических свойств сырья.

Пластический способ формования является наиболее распространенным в производстве обыкновенного и пустотелого кирпича, керамических камней и блоков разного назначения, черепицы, облицовочных плит и других изделий. При этом способе формования подготовленную глиняную массу влажностью 18…25 % направляют в приемный бункер ленточного пресса. При помощи шнека масса

дополнительно перемешивается, уплотняется и выдавливается в виде бруса через выходное отверстие пресса, снабженного сменным мундштуком. Меняя мундштук, можно получать брус различной формы и размеров. Так, например, при формовании кирпича он имеет прямоугольное сечение.

Непрерывно выходящий из пресса брус разрезается на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий автоматическим резательным устройством. Современные ленточные прессы снабжены вакуумными камерами, в которых из глиняной массы частично удаляется воздух. Вакуумирование массы повышает ее пластичность и уменьшает формовочную влажность, сокращает длительность сушки сырца и одновременно повышает его прочность.

Полусухой способ формования получил широкое распространение на современных заводах при производстве облицовочных плиток, плиток для полов и других тонкостенных керамических изделий. Этим способом можно изготовлять кирпич и другие изделия из малопластичных глин, что расширяет сырьевую базу производства изделий строительной керамики. Кроме того, существенное преимущество полусухого способа формования по сравнению с пластическим — применение глиняной массы с меньшей влажностью (8…12 %), что значительно сокращает или даже исключает сушку сырца.

При полусухом способе каждое изделие формуют отдельно на высокопроизводительных прессах различной конструкции, обеспечивающих двустороннее прессование в формах глиняного порошка под давлением более 15 МПа.

Сырец полусухого прессования имеет четкую форму, точные размеры, прочные углы и ребра. Прочность его вполне достаточна для последующей погрузки и транспортирования на сушку и обжиг.

Сухой способ формования применяют главным образом для изготовления плотных керамических изделий, например, плиток для полов, дорожного кирпича. Сырьевой массой для прессования изделий служит глиняный порошок влажностью от 4 до 6 %. Отформованный сырец не требует сушки, что экономит топливно-энергетические ресурсы.

Мокрый способ формования применяют для изготовления санитарно-технического фаянса, мозаичной плитки и др. При этом способе глиняную массу влажностью более 40 % заливают в специальные пористые формы.

СУШКА ИЗДЕЛИЙ

Отформованные изделия (сырец) необходимо сушить, чтобы снизить их влажность до 8…10 %. За счет сушки повышается прочность сырца, а также предотвращается растрескивание и деформация его в процессе обжига. Сушка может быть естественной (в сушильных сараях) и искусственной (в специальных сушилках).

Естественная сушка не требует затрат топлива, но продолжается очень долго (10…15 сут) и зависит от температуры и влажности окружающего воздуха. Кроме того, для естественной сушки требуются помещения с большой площадью. В настоящее время на крупных заводах, как правило, производят искусственную сушку сырца в сушилках периодического или непрерывного действия.

Сушилки периодического действия представляют собой отдельные камеры, в которых на стеллажных полках размещают сырец. Подают сырец в камеры на тележках. В камерных сушилках все операции по загрузке, сушке и выгрузке сырца повторяются через определенные промежутки времени.

Сушилки непрерывного действия представляют собой туннели, в которых сырец, уложенный на вагонетках, постепенно проходит различные зоны по температуре и влажности и высушивается.

Сушат сырец в камерных и туннельных сушилках по режиму, выбранному для данного вида изделия, с учетом использованного сырья. В качестве теплоносителя в сушилках применяют дымовые газы обжигательных печей, а также газы, получаемые в специальных топках. Тонкую керамику сушат горячим воздухом из калориферов. Длительность искусственной сушки сырца составляет от одних до трех суток.

ОБЖИГ ИЗДЕЛИЙ

Обжиг является завершающим этапом технологического процесса производства керамических изделий. Процесс обжига можно условно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и охлаждение обожженных изделий.

В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает сложные физико-химические изменения.

При плавном подъеме температуры до 100…120 °С из глины удаляются остатки свободной влаги и керамическая масса становится непластичной, но если добавить воду, пластические свойства массы восстанавливаются. С повышением температуры до 500…700 °С выгорают органические примеси и из глинистых минералов удаляется химически связанная вода, при этом керамическая масса безвозвратно теряет свойство пластичности.

При температуре 700…900 °С происходит разложение безводных глинистых минералов и образуется аморфная смесь глинозема Al2O3 и кремнезема SiO2. При дальнейшем повышении температуры до 1000…1300 °С идут реакции в твердой фазе и образуются искусственные минералы, например силлиманит (Al2O3SiO2) и муллит (3Al2O32SiO2). Одновременно с этим наиболее легкоплавкие соединения керамической массы переходят в расплав, создавая некоторое количество жидкой фазы. Расплав обволакивает нерасплавившиеся частицы, заполняет пустоты между ними и, обладая силой поверхностного натяжения, стягивает частицы. После остывания образуется твердый камнеподобный черепок.

Максимальная температура обжига керамических изделий зависит от состава глин. Обжиг изделий из легкоплавких глин производят при температуре 900…1000 °С, из тугоплавких и огнеупорных — при температуре 1200…1400 °С.

Керамические изделия обжигаются в печах периодического или непрерывного действия с использованием твердого (уголь), жидкого (мазут) или газообразного топлива.

Печи периодического действия представляют из себя камеры, в которые загружаются на стеллажах отформованные и высушенные изделия, после чего начинается плавный подъем температуры, которая доводится до требуемого максимума, затем происходит выдержка изделий при максимальной температуре и плавное ее снижение.

Печи непрерывного действия имеют различную конструкцию. Кольцевые печи имеют обжигательный канал эллипсовидной формы, перекрытый полуциркулярным сводом. Обжигаемые изделия загружаются в канал и остаются неподвижными, а температурные зоны перемещаются относительно обжигаемого материала. Туннельные печи имеют прямолинейный канал, по которому медленно перемещаются вагонетки с уложенными на них изделиями, которые последовательно проходят зоны подогрева, обжига и охлаждения.

В щелевых печах керамические изделия, уложенные в один ряд по высоте, медленно движутся в обжиговом канале по роликовому или иному конвейеру. В таких печах обеспечивается равномерность обжига, сокращается его продолжительность и уменьшается расход топлива.

Производство и применение кирпичей для дорог и керамических труб

Дорожный кирпич применяют главным образом для мощения дорог и улиц, дворов и полов в цехах промышленных зданий, а также для кладки канализационных коллекторов и облицовки каналов. Канализационные трубы применяются для дворовой канализации.

Дорожный кирпич

В отличие от обыкновенного дорожный кирпич очень плотный и поэтому более тяжелый (объемный вес его 1900—2100 кг/м3). Такой плотности достигают обжигом до спекания сырца из глины, содержащей достаточное количество каолинита.

Размеры дорожного кирпича 220 х100 х 65 или 220 х 110х75 мм; в плане он меньше обыкновенного. Цвет его тёмно-красный или бурый.
Этот кирпич значительно прочнее обыкновенного. По прочности он делится на три марки: 1000, 700, 400. Следовательно, у этого кирпича (в воздушно-сухом и насыщенном водой состоянии) предел прочности при сжатии должен быть соответственно не ниже 1000—700—400 кг/см2.

Водопоглощение дорожного кирпича меньше, чем обыкновенного. Для первой марки оно составляет 2%, для второй—4%,. для третьей — 6%. Он должен удовлетворять следующим техническим условиям: иметь правильную форму, малое количество трещин, быть равномерно обожженным, звонким при ударе. Такой кирпич должен выдерживать без разрушения 50-кратное замораживание (при—17°) с последующим оттаиванием. Кроме того, его подвергают специальным испытаниям в лабораториях на истирание, удар и износ.

Керамические камни, применяемые для облицовки высотных зданий : а угловой прислонный камень; рядовой анкерный камень; в рядовой прислонный камень; г—профильный анкерный камень; д—з— прислонные рядовые камни; е – прокладной рядовой камень; ж угловой присланный камень; и прокладной угловой камень.

Дорожный кирпич применяют главным образом для мощения дорог и улиц, дворов и полов в цехах промышленных зданий, а также для кладки канализационных коллекторов и облицовки каналов. Этот кирпич можно использовать также для кладки цоколей, стен и столбов в зданиях, когда требуется особенно высокая прочность конструкции.

Керамические кирпичи, плиты и блоки для стен

• Лицевые керамические кирпичи для стен выпускаются тех же форм и размеров, что и обычные, отличаются от обычных более высокой плотностью и однородностью цвета. Производятся на прочность марки 75, 100, 125 и 150, по морозостойкости — не менее 25 циклов. Регулируя состав сырья и режим обжига получают от белого, кремового до светло-красного и коричневого цветов.
• Крупноразмерные облицовочные керамические плиты типа «плинк» выпускаются глазурованные и неглазурованные с гладкой, шероховатой, рифленой, одно- или многоцветной поверхностью. Плиты имеют водопоглощение менее 1% и морозостойкость 50 циклов и более. Изготовляются квадратной или прямоугольной формы длиной 490, 990,1190 мм, шириной 490 и 990 мм и толщиной 9-10 мм. Применяются для облицовки фасадов и цоколей зданий.
• Керамические поризованные блоки — новый вид продукции фирмы «Победа Кнауф». Блок имеет габаритные размеры 510 x 260 x 219 мм, средняя плотность составляет 800 кг/м3, прочность при сжатии 150 кг/см3, коэффициент теплопроводности 0,18 Вт/мК.

Наличие в блоке пазогребневого стыка обеспечивает высокую теплозащиту, поскольку исключаются вертикальные растворные швы и образование мостиков холода, а также экономию раствора. Пустоты блока выполнены таким образом, чтобы свести к минимуму попадание в них раствора. Толщина такого материала для стен, как керамические блоки, составляет 219 мм. Это позволяет через каждые три ряда лицевого кирпича (65 мм + 12 мм + 65 мм + 12 мм + 65 мм) закладывать в шов анкер из нержавеющей стали, служащий связкой между облицовочным слоем и основной кладкой. Благодаря этому между обоими частями кладки возникает долговечная и прочная связь.

Керамические облицовочные плитки для стен и полов

Для наружной отделки фасадов используют большие облицовочные плиты, пустотелые камни, терракоту, лицевой (в частности цветной) кирпич, кирпич с гофрированными вертикальными или рельефными поверхностями, реже — мелкие облицовочные глазурованные плитки или кирпичики. Керамическая облицовка фасадов гораздо долговечнее, а зачастую красивее, чем штукатурка.

Матовые плиты из белых и цветных светлых глин (кремовых, палевых, розовых, желтых, серых и др.), не покрытые глазурью, называются терракотовыми. Поверхность плит может быть гладкой, шероховатой и рельефной. Глазурованные облицовочные изделия называются майоликой.

Огромное количество керамических облицовочных материалов применено на строительстве новых зданий.

Здесь использованы облицовочные пустотелые камни светложелтого цвета различной формы. Керамикой оформляют и оконные проемы.

Для внутренней отделки зданий широко применяются:

1. керамические облицовочные плитки для стен и перегородок,
2. керамические плитки для полов

Облицовочные плитки прессуют из огнеупорных, в частности из белых фаянсовых или тугоплавких глин с добавкой отощающих веществ и плавней. Плитки сушат, обжигают, покрывают с лицевой стороны легкоплавкой глазурью или эмалью, после чего вторично обжигают, чтобы расплавился глазурный слой. При остывании глазурь затвердевает и образует блестящий водонепроницаемый слой. Возможен также способ производства плиток с однократным обжигом.
Глазурь прозрачна и стекловидна, она может быть и цветной. Эмаль («глухая глазурь») отличается от глазури тем, что она непрозрачна.

Облицовочные плитки применяют главным образом для отделки ванных комнат, кухонь, туалетовх, бань, больничных помещений и т. п. По форме плитки бывают рядовые квадратные (плоские) размером обычно 150х150 мм и 100х100 мм и фасонные различных видов (угловые, карнизные и др.). Поверхность, противоположная лицевой стороне имеет бороздки глубиной 1,5— 2 мм для лучшего сцепления с цементным раствором при облицовке стен. Толщина плиток: глиняных 12 мм, фаянсовых 4—6 мм. Лицевая сторона их, покрытая глазурью, должна быть ровной, глянцевой, без трещин и пузырей. Глазурью покрывается также поверхность изразцов, применяемых для облицовки поверхностей комнатных печей.

Применение плиток

Плитки для полов (устаревшее название «метлахские») широко применяются для настилки полов в нежилых помещениях (машинные залы, лаборатории, бани, кухни, ванные, вестибюли, коридоры и т. п.). Укладывают их на цементном растворе, малыми или большими квадратами, с фризами по краям, создавая одноцветный или многоцветный рисунок пола.
Такие плитки легко моются и мало впитывают влаги (водопоглощение их меньше 2% по весу); характеризуются малой истираемостью и достаточным сопротивлением удару. Недостаток плиток — большая теплопроводность, не позволяющая применять их в жилых зданиях (получается холодный пол) без покрытия коврами, матами и т. п. Покрывать ими тротуары нельзя, так как зимой они слишком скользки.

Плитки изготовляются: квадратные размером 50 х 50, 100х100 и 150х150 мм, шестигранные (цельные и половинки), прямоугольные и др., толщина их 10 и 13 лиг. Выпускаются плитки трех основных цветов: белого, желтого и красного. По особому заказу заводы могут изготовлять плитки и других цветов — синие, серые и др., а также с рисунком.

Плитки изготовляют из каолинитовых глин с добавкой отощающих веществ, плавней и, если требуется, окрашвающих веществ. Формуют их прессованием полусухой массы; обжиг ведут до спекания.

Кроме обычных, изготовляются мелкие плитки размером 23х23 и 48х48 мм, толщиной 6—8 мм, наклеиваемые на бумагу с раскладкой по определенному рисунку. Такие листы с плитками размером 100х600 мм кладутся на слой цементного раствора, после затвердевания которого бумага смывается и получается так называемая ковровая мозаика, покрывающая пол.

2. Сырьевые материалы

Сырьевые компоненты для производства керамических материалов подразделяются на пластичные и непластичные. В качестве пластичных компонентов используются глины, в качестве непластичных — добавки, которые вводятся для регулирования различных свойств как формовочной массы, так и готовых изделий.

ГЛИНИСТЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Глина — это осадочная горная порода тонкоземлистого строения, способная при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камневидное состояние.

Важным свойством глин является их гранулометрический (зерновой) состав. В зависимости от размера частиц в глину входят различные фракции. Глинистые вещества — это частицы чешуйчатой формы, которые имеют размер менее 0,005 мм. Частицы пыли имеют размер от 0,005 до 0,16 мм, песка — от 0,16 до 2 мм, более крупные частицы называются каменистыми включениями. Соотношение между входящими в состав глин фракциями влияет на основные свойства глин (будут рассмотрены ниже) как сырья для производства керамических материалов.

Другая важная характеристика глин — химический состав, куда входят различные глинистые минералы, основным из которых является каолинит Al2O3 2SiO2 2H2O. Помимо этого в глины могут входить родственные ему минералы: галлуазит Al2O3 2SiO2 4H2O, монтмориллонит Al2O3 4SiO2 nH2O и др. В качестве примесей в глине могут находиться: кристаллический кремнезем SiO2, карбонаты кальция CaCО3, соединения железа Fe(OH)2, Fe2O3, оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O) и др.

СВОЙСТВА ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

Глина, замешанная с определенным количеством воды, образует глиняное тесто, обладающее рядом физических, физико-химических и химических свойств, в совокупности называемых керамическими.

Пластичность — свойство глиняного теста деформироваться под нагрузкой без образования трещин и разрывов и сохранять приданную форму после снятия нагрузки.

При смачивании сухой глины молекулы воды втягиваются между чешуйчатыми частицами глинистого вещества, расклинивают их, образуют на поверхности частиц гидратную оболочку и вызывают набухание глин. Гидратные оболочки выполняют роль смазки, облегчающей скольжение частиц глины.

Связанность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Высокой связанностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.

Связующая способность — способность глин в увлажненном состоянии легко перемешиваться с непластичными материалами и при высыхании связывать их в достаточно прочное изделие — сырец.

Воздушная усадка — уменьшение линейных размеров и объема глины при высыхании. В процессе сушки вода испаряется, толщина водных оболочек вокруг глинистых частиц сокращается и отдельные частицы глины сближаются между собой. Воздушная усадка связана с пластичностью глин: чем выше пластичность, тем больше воздушная усадка. Высокопластичные глины имеют воздушную усадку 10…15 %; среднепластичные — 7…10 % и малопластичные — 5…7 %.

Огневая усадка — уменьшение линейных размеров и объема глины при обжиге. В процессе обжига наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в расплав, который обволакивает нерасплавившиеся частицы, заполняет промежутки между ними и за счет действия сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывает сближение частиц. Огневая усадка составляет 2…6 %.

Полная усадка — сумма воздушной и огневой усадок.

НЕПЛАСТИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Как уже отмечалось выше, эти материалы вводятся в качестве добавок для регулирования свойств как глинистого сырья, так и готовых изделий.

Отощающие добавки — вводятся для снижения пластичности глин и, как следствие, для уменьшения воздушной усадки. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, золу ТЭС, измельченные гранулированные шлаки, природный песок.

Шамот — предварительно обожженная и измельченная до требуемых размеров (менее 2 мм) глина. Дегидратированная глина — это глина, обожженная при температуре 500…600 °С. При этой температуре из глинистых минералов удаляется химически связанная вода и глина необратимо теряет свойства пластичности.

Пластифицирующие добавки — вводятся для улучшения пластичности глин. Для этих целей используют высокопластичные глины, поверхностноактивные вещества, электролиты.

Выгорающие добавки — вводятся в формовочную массу с целью получения высокопористых изделий: древесные опилки, молотый уголь, торф, лузга и др. Эти добавки одновременно являются и отощающими.

Плавни — вводятся с целью снижения температуры спекания и, как следствие, экономии топливно-энергетических ресурсов. Под спеканием подразумевается появление частичного расплава сырьевой смеси в процессе обжига. В качестве плавней используются полевые шпаты, доломит, магнезит и др.

Для придания повышенной стойкости к внешним воздействиям, водонепроницаемости и определенного декоративного вида поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом.

Стекловидный слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют обжигом. Глазури могут быть прозрачными и непрозрачными различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов, различные оксиды и др.

Ангоб изготовляют из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обожженного изделия. В отличие от глазури ангоб при обжиге не плавится, поэтому поверхность получается матовой. По своим свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.

Источник: myprofnastil.ru

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОБЩИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИИ

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

Керамические изделия обладают различны ми свой­ствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжи­га—газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком .

Строительные керамические изделия классифициру­ют по структуре керамического черепка и по их конст­руктивному назначению в отдельных элементах зданий и сооружений.

По структуре черепка различают изделия с пористым и со спекшимся черепком, а также изделия грубой и тон­кой керамики. Пористыми в технологии керамики условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка превышает 5%, обычно такой черепок пропуска­ет воду. Спекшимся считают черепок с водопоглощением ниже 5%; как правило, он водонепроницаем.

У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородный). Большинство строительных керамических изделий — строительный кирпич, черепица, канализационные трубы и др. — являются изделиями грубой керамики.

У изделий тонкой керамики излом черепка име­ет макрооднородное строение. Он может быть пористым, как, например, у фаянсовых облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся (плитки для полов, кислотостойкий кирпич, фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком с водопоглощением ниже 1 % называют каменными керамическими. Если при этом черепок обладает еще и просвечиваемостью, то его называют фарфором.

По конструктивному назначению различают следующие группы керамических строительных материалов и изделий:

стеновые изделия —кирпич, керамические камни и панели из них;

фасадные изделия —лицевой кирпич, различного рода плитки; архитектура-художественные детали, набор­ные панно;

изделия для внутренней облицовки стен—глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки, пояски);

плитки для облицовки пола ;

изделия для перекрытий (балки, панели, специальные камни);

кровельные изделия —черепица;

санитарно-строительные изделия —умывальные столы, унитазы, ванны;

дорожные изделия —клинкерный кирпич;

изделия для подземных коммуникаций — канализационные и дренажные трубы;

теплоизоляционные изделия (керамзитокерамические панели, ячеистая керамика, диатомитовые и шамотные легковесные изделия);

заполнители бетонов (керамзит, аглопорит).

1.2. ОБЩИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ

К керамическим материалам предъявляются раз­личные требования соответственно тем воздействиям, ко­торые они испытывают при использовании их в строи­тельстве. В связи с этим необходимо знать основные свойства керамического материала и пути их регулиро­вания в процессе изготовления различных керамических изделий.

Водопоглощение керамических материалов характе­ризует количественную величину их пористости и соот­ветственно степень спекания, которая в свою очередь влияет на многие рабочие свойства изделий строитель­ной керамики: морозостойкость, паро- и воздухопрони­цаемость, сцепление с раствором, загрязняемость и др. Диапазон этого показателя для изделий строительной керамики в зависимости от их вида и назначения доволь­но велик—от 1—30%.

Предел прочности при сжатии Rcж керамических ма­териалов зависит от их состава и структуры и уменьша­ется с увеличением размера образца. Наиболее важное значение Rсж имеет для изделий стеновой керамики, ко­торые воспринимают большие нагрузки в зданиях и со­оружениях. По этому показателю стеновые изделия маркируют, принимая за марку среднюю величину по результатам испытания пяти образцов.

Для изделий строительной керамики Rсж находится в пределах 7,5—70 МПа.

а между прочностью пустотелых изделий R`сж и их объемной массой (брутто) g ` отмечается зависимость вида квадратичной параболы (рис. 66)

Предел прочности при сжатии пустотелых изделий определяют с учетом их «рабочего» положения в стене.

Общую разрушающую нагрузку делят на площадь брутто.

Предел прочности при изгибе керамических материа­лов Rиз зависит от тех же факторов, что и Rcж, с той лишь разницей, что здесь структура материала оказыва­ет более резкое влияние на его сопротивляемость изги­бу. Так, например, кирпич полусухого прессования имеет меньшую величину предела прочности при изгибе, чем кирпич пластического формования, изготовленный из тех же глин, хотя Rcж последнего ниже, чем у кир­пича полусухого формования.

Предел прочности при изгибе регламентируется ГОСТами для кирпича, поскольку в стене он испытывает не только сжимающие, но и изгибающие нагрузки, вслед­ствие неровностей своей поверхности. Этот показатель регламентируется и для некоторых других керамических изделий. По нему также судят об относительной прочно­сти испытуемого материала и используют его как кос­венный показатель для характеристики некоторых дру­гих свойств глинистого сырья и обожженных изделий (связность, связующая способность, термостойкость)

Для керамических материалов Rиз находится в пре­делах 0,7—5 МП а.

Морозостойкостью называют способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократ­ное попеременное замораживание и оттаивание без приз­наков разрушения и без значительного понижения проч­ности. Показателем морозостойкости является количест­во теплосмен, которое выдерживает материал без признаков разрушения.

Обстоятельные исследования по влиянию грануло-метрии пор на морозостойкость керамических материа­лов выявили следующие положения:

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. 67) показывает, что при С

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.

Теплопроводность керамических материалов зависит от их объемной массы (рис. 68, а), состава, вида и раз­мера пор и резко возрастает с увеличением их влажно­сти (рис. 68, б), так как теплопроводность воды [ l = 0,58 Вт/(м-град)] выше теплопроводности воздуха

[ 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. 69. Схема возникновения очага замерзшей влаги в многослойной сте­не t — температура; ( m п — коэффициент паро-прончцаемости; 1 — основной слой стены с высокой паропроницаемостью; 2—фасад­ная облицовка с низкой газопроницаемостью; 3 — слой замерзшей влаги; / — изме­нение m п 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. 69). По этой причине не вполне надежна сквозная фасадная облицовка стен гла­зурованными плитками, обладающими низкой газопроницаемостью [52].

. ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЕНОВЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

К стеновым керамическим изделиям относят глиня­ный строительный кирпич и керамические камни.

Согласно ГОСТ 530—71, кирпич глиняный обыкно­венный представляет собой искусственный камень, име­ющий форму параллелепипеда размером 250Х120Х65 мм, изготовленный из глины с добавками или без них и обожженный. Допускается также изготовление по­луторного кирпича толщиной 88 мм с технологическими пустотами и массой не более 4 кг. Практически его из­готовляют очень редко.

Все керамические изделия конструктивного назначе­ния, имеющие размеры больше кирпича, называют кера­мическими камнями.

Кирпич является одним из наиболее древних искусст­венных строительных изделий. Его «возраст» составляет примерно 5000 лет, и до сего времени он продолжает со­хранять значение одного из основных стеновых матери­алов. Его доля в общем балансе стеновых материалов составляет около 40%.

Рис. 70. Виды керамических стеновых изделий

а — обыкновенный кирпич; б — дырчатый кирпич с круглыми пустота­ми; в—щелевой камень; г—готовый камень НИИСтройкерамики с ромбовидными пустотами для панелей; д — щелевой камень ВНИИСТРОМа для панелей

3. ТЕХНОЛОГИЯ КИРПИЧА, ИЗГОТОВЛЯЕМОГО СПОСОБОМ ПОЛУСУХОГО ПРЕССОВАНИЯ

Основным признаком полусухого прессования кера­мических изделий является формование их из порошков путем компрессионного прессования под значительным Удельным давлением 15—40 МПа.

Технологический процесс изготовления изделий этим способом включает следующие группы операций: карь­ерные работы, приготовление пресс-порошка, прессование, сушку и обжиг изделий. Карьерные работы не име ют в этом случае какой-либо специфики и выполняются соответственно горно-эксплуатационным условиям месторождения глин.

3.1. Приготовление пресс-порошка.

Керамическими пресс-порошками называют высококонцентрированные (мало влажные) дисперсные глинистые системы, не обладающие связностью. Отсутствие связности обусловливавливает наиболее характерное свойство порошков—их сыпучесть, т. е. псевдотекучесть в исходном состоянии. Ее характеризуют скоростью истечения порошка под действием собственной массы через отверстие определенного диаметра. Глиняные порошки должны иметь заданный зерновой (грапулометрический) состав и влажность, должны обладать однородной пофракционной влажностью и содержать минимальное количество пылевидной фракции. Все эти характеристики влияют на прессусмость порошка — его способность к максимальному уплотнению при минимальном давлении с образованием при этом изделий, обладающих однородной плотностью, минимальным упругим расширением и отсутствием трещин расслаивания.

Керамические порошки готовят сушнлыю-помольным и шликерным способами.

При сушильно-помольном способе глину подвергают последовательно грубому дроблению, сушке, помолу просеву и увлажнению. Дробят глину на дезинтеграторных вальцах, а сушат в сушильных барабанах прямотоком, так как при противотоке возникает опасность сильного перегрева глины, частичной ее дегидратации, и большой потери пластических свойств.

Температура газов t1 , поступающих в барабан, составляет обычно 600—800°С. Снижение t1 обеспечивает более однородную пофракционную влажность, но уменьшает производительность барабана. Повышение t1 сверх указанного предела нецелесообразно, так как оно приводит к дегидратации мелкой фракции глины и обусловливает быстрый выход из строя входной секции барабана.

Нормальная температура отходящих газов t2 должна быть 110—120 °С. Резкое повышение t2 свидетельствует о перересушке глины. Температура глины, выгружаемой из сушильного барабана, составляет 60—80 °С. Конечная влажность 9—11%.

При прохождении глины через барабан изменяется ее гранулометрический состав. Мелкие фракции, быстро высыхая, истираются до пылевидного состояния, а крупные куски, распариваясь, слипаются и окатываются в крупные комья. Это обусловливает большую влажностную неоднородность высушенной глины, затрудняющую работу помольных машин.

Так, при средней влажности 8,5—12% влажность наиболее крупных кусков достига­ет 15,5—19%. К тому же и в пределах одного куска от­мечается значительный перепад влажности. Некоторое повышение равномерности сушки достигается устройст­вом цепных завес в сушильных барабанах, которые час­тично измельчают глину, создавая тем самым условия для более равномерной ее сушки. Но даже и с наличи­ем цепных завес сушильный барабан нельзя считать до­статочно совершенным в технологическом отношении аг­регатом.

Для помола глины в производстве кирпича применя­ют корзинчатые дезинтеграторы. Они работают устойчиво при влажности глины не выше 10%. При более высоком влажности глина налипает па кожух и на пальцы дезинтеграторов. При наличии в глине каменистых включений пальцы корзин быстро изнашиваются и их необходимо менять через 200—300 ч работы.

Тонина помола зависит от частоты вращения корзин дезинтегратора, расстояния между пальцами и влажно­сти глины. Выход мелких фракций возрастает с увели­чением частоты вращения корзин и уменьшением рас­стояния между пальцами. С повышением влажности глины возрастает количество крупных фракций. Так, на­пример, при влажности 10% сумма крупных фракций (остаток на сите 25 отв. на 1 см 2 ) составляет 96%, а при влажности 6% — всего лишь 66%.

Из дезинтеграторов получают рыхлый порошок ма­лой объемной массы, что затрудняет прессование из не­го изделий.

Просеивают глину для отделения крупных зерен по­рошка. Для этого используют струнные сита, барабан­ные грохоты (бураты), качающиеся и вибрационные си­та. На струнных ситах можно отделять только очень крупные куски глины, так как расстояние между сильно натянутыми струнами значительно изменяется вследствии их изгибания.

При подготовке пресс-порошков не всегда удается после помола получить порошок с влажностью, необхо­димой и достаточной для прессования. Чтобы обеспечить производительную работу помольных машин и необхо­димую тонину помола, приходится иногда сушить и мо­лоть глину при влажности несколько ниже прессовоч­ной, а затем порошок вновь увлажнять. Такое увлажне­ние осуществляют распылением воды в глиномешалках или паром в специальных аппаратах.

Основное требование, которое предъявляют к увлаж­няющему аппарату, сводится к тому, чтобы при увлаж­нении порошка глины не образовались комочки переув­лажненного материала, так называемой «изюм». Для этого воду подают в тонко распыленном состоянии, а весь материал при этом перемешивают. Хорошие резуль­таты получаются при увлажнении глины во взвешенном состоянии, т. е. в момент, когда она выходит из бункера в смеситель. При увлажнении глиняного порошка паром качество кирпича намного улучшается: не появляются трещины расслаивания, возрастают прочность и морозостойкость.

Во всех возможных случаях необходимо избегать повторного увлажнения глиняного порошка, так как добиться при этом равномерной влажности его весьма трудно по следующим причинам: в высушенном порошке крупные зерна являются влажными, а мелкие—более сухими. Влажная поверхность имеет всегда более низкую температуру, чем сухая. Поэтому пар в первую очередь конденсируется на более холодной влажной поверхности крупных кусочков глины. Мелкая ее фракция, наиболее сухая, или совсем не увлажняет­ся, или увлажняется в меньшей мере, в результате чего пофракционная влажность порошка не только не вырав­нивается, но иногда даже возрастает.

Для выравнивания влажности подвергают порошок вылеживанию в бункерах. Однако этот процесс протека­ет довольно медленно. В течение суток практически вы­равнивание влажности достигается в пределах одного зерна, а между отдельными зернами оно еще не насту­пает вследствие относительно небольшой контактной поверхности между ними. Кроме того, увлажнение по­верхности зерен порошка снижает его сыпучесть, что в последующем затрудняет его хранение в бункерах и транспортирование. Поэтому процесс вылеживания по­рошка следует считать полезным, улучшающим его прессовочные свойства, но нужно стремиться осуществ­лять этот процесс по возможности без предварительно­го увлажнения порошка.

Оптимальная влажность порошка зависит от прило­женного прессового давления. Экстремум на кривой «объемная масса прессовки — влажность» соответству­ет оптимальной влажности при данном давлении. Пони­женная (против оптимальной) влажность обусловит су­хой контакт частиц порошка, повышенное внутреннее трение и пониженную плотность прессовки, а превыше­ние оптимальной влажности—образование водных пле­нок между прессуемыми частицами и исключит их непо­средственное контактирование, что в конечном счете также понизит плотность прессовки.

При шликерном способе подготовки пресс-порошка глину в глиноболтушках распускают горячей водой в шликер влажностью 40—45%. Затем его под давлением 0,25 МПа накачивают для отделения каменистых вклю­чений в дуговые сита, откуда очищенным он сливается в открытые шламбассейны вместимостью 2500 или 6000 м 3 , оборудованные крановыми мешалками. В них также по­ступает для барботажа компрессорный воздух. Из шламбассейна шликер насосом подают в распылитель­ную сушилку, откуда порошок с влажностью 10% посту­пает через контрольное сито в расходные бункера.

Шликерный способ имеет большие преимущества пе­ред сушильно-помольным. При нем в одном агрегате— распылительной сушилке — совмещаются процессы сушки и грануляции глины, резко улучшаются условия производственного комфорта, процесс может быть авто­матизирован.

Пресс-порошок, полученный в распылительных су­шилках, обладает большой влажностной однород­ностью, практически не содержит пылевидной фракции, по гранулометрическому составу приближается к моно­фракционному, из него при прессовании легко удаляет­ся воздух, вследствие чего порошок равномерно пропрессовывается при более низких давлениях. Свойства его стабильны благодаря полной автоматизации про­цесса.

Новые заводы полусухого прессования кирпича стро­ятся только на основе шликерного способа подготовки пресс-порошка.

3.2.Прессование изделий из керамических порошков.

Теория полусухого прессования изучает закономерно­сти, определяющие свойства спрессованного сырца (прессовок) в зависимости от свойств пресс-порошка и условий его прессования.

Керамические порошки представляют собой трех­фазную систему, состоящую из твердой минеральной ча­сти, жидкой фазы — воды и воздуха. Для получения высокоплотного спрессованного полуфабриката из пла­стичных масс целесообразно использовать порошки ти­па монофракционных с выбором конечного давления, обеспечивающего полное устранение расположенных между частицами свободных промежутков за счет пла­стической деформации частиц.

Начало прессования керамического порошка сопро­вождается его уплотнением за счет смещения частиц от­носительно друг друга и их сближения. Это является первой стадией уплотнения. При этом происходит ча­стичное удаление воздуха из системы.

Следующая (вторая) стадия уплотнения характери­зуется пластической необратимой деформацией частиц. При этом увеличивается контактная поверхность между частицами. Одновременно с этим уплотнение каждой элементарной частицы сопровождается выжиманием вла­ги из ее глубинных слоев на контактную поверхность ча­стицы.

Оба эти фактора обусловливают возрастание сцепления между частицами. Вода вместе с содержащи­мися в ней глинистыми коллоидами цементирует круп­ные частицы прессовки, а с увеличением контактной по­верхности возрастает эффект такой цементации. В этой стадии уплотнения может иметь место защемление и уп­ругое сжатие воздуха, который не успел удалиться из порошка.

В третьей стадии уплотнения наступает упругая де­формация частиц. Такие деформации наиболее вероят­ны для тонких удлиненных частиц в виде игл и пласти­нок, которые могут изгибаться по схеме зажатой консо­ли или балки, опирающейся на две опоры.

Последняя стадия уплотнения сопровождается хруп­ким разрушением частиц, при котором прессовка полу­чает наибольшее уплотнение и наибольшее сцепление вследствие сильного дальнейшего развития контактной поверхности. Для осуществления хрупких деформаций требуется очень большое давление, которое при полу­сухом прессовании большинства керамических изделий практически не достигается .

После прекращения действия прессующего усилия и освобождения изделия из формы происходит его упру­гое расширение, достигающее в отдельных случаях 8%. Упругое расширение не дает возможности получать прессовки с максимальной плотностью и является причи­ной образования других пороков изделий, спрессованных из порошков.

Причинами упругого расширения могут быть обрати­мые деформации твердых частиц, расширение запрес­сованного воздуха, а также адсорбционное расклинивание контактов влагой, выжатой при прессовании из кон­тактных поверхностей в более крупные поры.

Суммарный эффект уплотнения характеризуется ко­эффициентом сжатия Ксж:

где Н— высота засыпки порошка в форму пресса; h— высота по­лученной прессовки.

Разницу между высотой засыпанного в форму порош­ка и высотой полученной прессовки называют «осадкой» (рис.97).

Зависимость коэффициента сжатия от величины прес­сового давления выражают уравнением прессования. Для глиняных грубозернистых порошков наиболее удов­летворительное совпадение с опытом дает уравнение вида

где Р— величина прессового давления; а и n— константы, опреде­ляемые экспериментом.

Графическую зависимость между осадкой и удель­ным давлением прессования изображают в виде ком­прессионной кривой. Она является основной характери­стикой деформативных свойств (прессуемости) порош­ка. Компрессионные кривые некоторых порошков при­ведены на рис. 98. Из графика видно, что с увеличением удельного давления и влажности осадка возрастает.

На рис. 99, б показана схема двухстороннего прессо­вания, осуществляемого при помощи двух подвижных штампов. Но двухстороннее прессование может быть также при одном подвижном штампе и плавающей (сво­бодно-подвижной) форме, как это показано на рис. 100. В этом случае нижний штамп неподвижен, а форма мо­жет перемещаться относительно штампов, для которой они являются направляющими.

При многократном (ступенчатом) прессовании чере­дуются между собой стадии нагрузки, когда штамп да­вит на порошок, со стадиями разгрузки, когда штамп несколько приподнимается и прессовка освобождается от прессующего давления.

Факторы, определяющие качество прессовки, в зна­чительной степени зависят от длительности приложения прессующей нагрузки. Наихудшие результаты получа­ются при ударном прессовании, наилучшие—при плавном приложении нагрузки. При этом увеличивается плотность прессовки, возрастает ее равноплотность, снижается упругое последействие и воздух наиболее полно удаляется из прессуемого порошка.

Для изделий, спрессованных из порошков, харак­терными являются так называемые трещины расслаива­ния. Они возникают на боковых поверхностях прессов­ки, перпендикулярно направлению прессующего усилия (рис. 102), и выводят изделия в брак. В производствен­ном обиходе их возникновение объясняют обычно «пере-

Рис. 102. Трещины расслаива-ния в изделиях полусухого прессования

прессовкой» изделия, что указывает на чрезмерно боль­шое прессовое давление, которое якобы и является причиной их возникновения. Однако в действительности механизм их возникновения гораздо сложней. Непосред­ственной, ближайшей причиной возникновения трещин расслаивания является упругое расширение прессовки.

Расширение является деформацией, а всякая деформа­ция происходит в результате действия каких-то сил. Природа этих сил, возникающих в спрессованном изде­лии и вызывающих его упругое расширение, объясняется отдельными авторами по-разному.

Чаще всего их воз­никновение объясняют упругим расширением запрессо­ванного воздуха ( первый фактор ) и упругим сжатием самой формы ( второй фактор ), в которой прессуется изделие. Оба эти фактора, несомненно, играют опреде­ленную роль в возникновении трещин расслаивания. Но, кроме того, в работе серией оригинальных опытов было показано, что в действительности отдельные участ­ки прессуемого изделия при одном и том же коэффициенте сжатия и при одном и том же общем прессовом дав­лении получают неодинаковое уплотнение и стараются сместиться в отношении друг друга. В силу этого в из­делии возникает «барический рельеф» ( третий фактор ), соответствующий различным давлениям и смещениям, которые испытывали отдельные участки изделия во вре­мя его прессования. Напряжения этих смещений и явля­ются зародышами трещин расслаивания.

В соответствии с изложенными представлениями для предотвращения трещин расслаивания рекомендуется применять порошки с возможно большей однородностью зерен по их крупности и, во всяком случае, с удалением из порошка более крупных зерен, оказывающих наиболь­шее сопротивление сжатию. Повышение влажностной однородности порошка также будет снижать его склон­ность к образованию трещин расслаивания, так как со­противление порошка сжатию зависит не только от его гранулометрического состава, но и от его влажности.

Влияние барического рельефа на образование трещин расслаивания не исключает участия в их образовании и запрессованного воздуха, что было подтверждено спе­циальными исследованиями, которыми было уста­новлено, что не весь воздух, содержащийся в порошке, вытесняется из него при прессовании. Подавляющее большинство воздухопроводящих каналов в периферий­ной части прессовок закрывается при сравнительно низ­ких давлениях—0,5 МПа при влажности порошка 10% и 5 МПа при влажности 8—10%. Коэффициент запрес­совки воздуха в порошке Кз.в — доля запрессованного воздуха в общем его объеме в порошке при прессовании тонкозернистых глинистых порошков—находится в пре 2 делах 0,37—0,715. Возрастание скорости прессования (переход от гидравлических прессов к рычажным) уве­личивает Кз.в на 20—50%.

Увеличение влажности порошка повышает внутрен­нее давление запрессованного в нем воздуха. Давление его внутри прессовки (при W =10—12%) достигает поч­ти 10 МПа, в то время как при влажности порошка 6—8% давление запрессованного воздуха не превышает 2 МПа. Высокое давление воздуха во влажных порошках приводит к возникновению в прессовках растягивающих напряжений и как следствие к образованию трещин рас­слаивания. В связи с этим некоторые специалисты реко­мендуют прессовать кирпич из порошков пониженной влажности (7—8%), но при более высоких давлениях— 40 МПа.

При медленном прессовании запрессованный воздух более равномерно распределяется в прессуемом порош­ке, в результате чего предотвращается образование от­дельных, более опасных зон, в которых усилия превы­шают прочность прессовки в момент конца ее сжатия.

Грубозернистые отощенные порошки обладают мень­шим Кз.в= 0,303— 0,57; интервал давлений, в которых происходит вытеснение воздуха, растянут у них до 10 МПа, упругое расширение у них ниже—не превыша­ет 4,5%. Поэтому упругое расширение в момент снятия давления у таких порошков почти не происходит и, сле­довательно, процесса расслаивания не наблюдается.

Четвертым фактором , обусловливающим упругое расширение прессовки, являются упругие деформации плоских глинистых частиц. Поэтому склонность к рас­слаиванию прессовок возрастает с увеличением содер­жания глинистой части в порошке.

Для полусухого прессования строительного кирпича серийно изготовляют пресс СМ-01, который является рычажным прессом двухстороннего ступенчатого прессо­вания.

Особенностью этого пресса является то, что подвиж­ные штампы у него только верхние, а двухстороннее прессование они осуществляют при помощи плавающей формы, которая является «манжетом» для нижних не­подвижных штампов. Пресс отличается хорошим запа­сом прочности, в силу чего он работает устойчиво. На некоторых действующих заводах продолжают еще рабо­тать прессы СМ-198 (АМ-11), а также СМ-143. Послед­ние выпускают для производства шамотного кирпича и по режиму прессования мало пригодны для нешамоти-рованных глинистых порошков.

3.3. Сушка спрессованного сырца.

На кирпичных заводах полусухого прессования, построенных до 1950 г., сушка сырца в обособленных искусственных сушилках отсутст­вовала. На этих заводах он досушивался в зоне подготов­ки кольцевой печи. В них процесс досушки практически нерегулируем, что приводит к снижению качества кир­пича и к повышенному выходу брака.

На заводах, по­строенных в 1950—1955 гг., спрессованный сырец сушат в туннельных сушилках на печных вагонетках. Длитель­ность сушки 16—24 ч. Конечная влажность 4—6%. Теп­лоносителями являются горячий воздух, отбираемый из зоны остывания туннельных печей, а также их отходя­щие газы. Начальная температура теплоносителя 120— 150° С.

3.4. Обжиг спрессованного сырца.

При обжиге сырца, спрессованного из порошкообразной массы, приходится учитывать своеобразие его структуры, ибо механизм об­разования керамического черепка у изделий пластиче­ского и полусухого прессования неодинаков. Рассмотрим различие этого механизма для случая легкоплавких глин.

Структуру свежесформованного сырца пластиче­ского формования, т. е. структуру пластичного глиняно­го теста, в самом схематическом приближении можно представить следующим образом (рис. 103, а). Отдель­ные агрегированные кусочки глины, а главным образом их тощая составляющая часть — кварцевый песок, рас­пределены более или менее равномерно в суспензии коллоидной фракции 1 глины. Дисперсионной средой этой суспензии является водный раствор растворимых солей, содержащихся в глине, а дисперсной фазой—на­ходящаяся в этом растворе во взвешенном состоянии коллоидная фракция глинистых минералов. Эта суспен­зия наполнена более крупными частицами кварца 2 и агрегированными, не распустившимися в воде кусоч­ками глины, которые являются как бы «заполнителями» этой суспензии.

Во время сушки, по мере испарения из сырца влаги, зерна заполнителя сближаются между собой, контактируясь в отдельных точках и гранях, и образуют таким образом скелет высушенного изделия. Суспензия, высыхая, осаждает на скелете свою коллоидную фракцию. Таким образом, зерна заполнителя оказываются покры­тыми сплошной «обмазкой» 3 из коллоидной фракции глины (рис. 103, б). Эта обмазка является наиболее легкоплавкой частью всей керамической массы, так как в ее составе находятся растворимые соли, имеющие на­иболее низкие эвтектические температуры. Важным

в данном случае является и то обстоятельство, что при незначительной общей концентрации этих солей в кера­мической массе местная концентрация их на контактных поверхностях отдельных зерен может достигать сущест­венной величины. По мере нагревания сырца при дости­жении эвтектических температур эта обмазка плавится, образуя стекловидную фазу 4, которая цементирует кон­тактные поверхности отдельных зерен. Кроме того, в образовавшемся жидком расплаве частично растворя­ются поверхностные слои зерен наполнителя, образуя пересыщенные растворы, из которых выкристаллизовы­ваются новые минералообразования, цементирующие скелет в виде кристаллических сростков (рис. 103,в). Жидкая фаза, образующаяся на контактных поверхнос­тях, затекает в трещины и поры и стекает к поверхно­стям частиц, не пришедших еще в контакт, увеличивая тем самым общую величину контактной поверхности.

Очевидно, что количество, состав и состояние жидкой фазы во многом определяют свойства обожженного керамического изделия аналогично тому, как в обычном строительном бетоне его свойства зависят от свойств заполнителя и цементного камня. Так, например, при по­вышенной вязкости и малой подвижности жидкой фазы затрудняются ее перемещение и цементация еще не скле­енных поверхностей, что снижает прочность изделия. На­пряженное состояние стекловидной фазы, аналогично неотожженному стеклу, повышает хрупкость керамиче­ского изделия.

По-иному развивается процесс формирования череп­ка в керамическом изделии полусухого прессования. Его можно представить себе следующим образом. В массе глиняного порошка, поступающего на прессование, име­ются разнородные по влажности агрегированные глиня­ные частицы соответственно различной плотности и раз­личной твердости. Сами агрегированные частицы гли­няного порошка также неоднородны по твердости, так как наряду с пластичной увлажненной массой глинооб-разующих минералов в них содержатся и более крупные зерна тощего материала — главным образом зерна кварца.

В процессе прессования сырца сначала сближаются отдельные агрегированные частицы глины, затем насту­пает их деформация, а в последней стадии прессования более твердые частицы глины вдавливаются в более мяг­кие. Более сухие частицы глины проникают в мягкие увлажненные частицы. Точно так же и твердые зерна кварца вдавливаются в более мягкие агрегированные частицы глины.

Возникающие при этом большие силы трения обусловливают прочное сцепление отдельных глиняных частиц в единый агрегированный сросток. Однако в нем отдельные частицы глины все же имеют между собой поверхности раздела, что коренным образом отличает эту структуру от структуры сырца пластического формования, имеющего сплошную массу «коллоидального вяжущего». При полусухом прессова­нии «массив» сырца образуется механическим сближе­нием отдельных зерен керамического порошка, в кото­ром каждое зерно имеет структуру, аналогичную пла­стичному тесту, а в сырце между ними остаются суще­ствовать поверхности раздела, несмотря на кажущееся сильное взаимодействие между зернами порошка при его прессовании.

В сырце полусухого прессования существенно изменяется роль коллоидной фракции. Она действует глав­ным образом не на контактных поверхностях частиц, а внутри самих частиц и агрегирует первичные зерна минералов в глинистую частицу, а не цементирует спрес­сованные частицы друг с другом.

При таком размещении коллоидной фракции жидкая фаза при обжиге развивается в первую очередь не на контактных поверхностях глиняных агрегатов, а внутри их. На контактных поверхностях глинистых агрегатов возникает относительно небольшое количество жидкой фазы. Оно не обеспечивает сплошной цементации кон-

Рис. 104. Схема структуры обожженного черепка полусу­хого прессования

1 — глинистые агрегаты; 2—жид­кая фаза, цементирующая гли­нистые агрегаты контактным спеканием

тактных поверхностей. Цементация носит в этом слу­чае характер контактного спекания аналогично «точеч­ной сварке» (рис. 104).’ Этим объясняется пониженная сопротивляемость изделий полусухого прессования из­гибу.

Ослаблению контактов между спрессованными гли­нистыми агрегатами способствует и своеобразный харак­тер усадки в сырце полусухого прессования. Это своеоб­разие заключается в том, что в сырце полусухого прес­сования каждая частица глины будет претерпевать усадку локально и вследствие этого сокращаться в раз­мерах будет не весь массив сырца, а в отдельности каж­дая частица, отодвигаясь от соседней, вызывая появле­ние напряжений и трещин на поверхностях раздела спрессованных глиняных частиц. Для заполнения этих трещин жидкой фазой необходимо увеличенное ее коли­чество, которое возможно получить лишь за счет повы­шения температуры обжига.

Таким образом, своеобразие структуры и механизма формирования керамического черепка полусухого прес­сования обусловливает его пониженное сопротивление изгибу, повышенную водо- и газопроницаемость, необ­ходимость более высоких температур обжига и в связи с этим применения керамических масс с большим интер­валом спекания. Создание восстановительной среды как в теле обжигаемого кирпича (запрессовкой угля в сы­рец), так и в печном пространстве в последней стадии обжига имеет для интенсификации процессов спекания при обжиге кирпича полусухого прессования еще боль­шее значение, чем при обжиге изделий пластического формования.

3.5. Resume

Сушильно-помольная технология подготовки пресс-порошка не обеспечила получения высокого качества кирпича полусухого прессования, и поэтому строитель­ство новых кирпичных заводов полусухого прессования было прекращено. В настоящее время в связи с резким улучшением технологических свойств пресс-порошка, по­лучаемого в распылительных сушилках, новые заводы полусухого прессования кирпича строятся по шликерной технологии подготовки пресс-порошка. На этих заводах будут вырабатывать преимущественно высокопрочный кирпич, необходимый главным образом для несущих стен многоэтажных зданий.

За рубежом появились прессы для изготовления спо­собом полусухого прессования укрупненных пятистен­ных камней с пустотностью до 50% и размерами, соот­ветствующими восьми стандартным кирпичам, ис­пользование которых может расширить область применения этого способа.

Источник: www.km.ru