Чубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы - файл n2.doc

приобрести
Чубуков В.Н. Дорожно-строительные материалы
скачать (3507.8 kb.)
Доступные файлы (6):

n1.doc	1064kb.	14.03.2006 12:47	скачать
n2.doc	254kb.	24.04.2010 14:28	скачать
n3.doc	2486kb.	26.09.2005 02:44	скачать
n4.doc	248kb.	20.09.2005 21:00	скачать
n5.doc	992kb.	26.09.2005 04:39	скачать
n6.doc	1525kb.	19.03.2010 14:26	скачать

n2.doc

11 КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
11.1 Общие сведения и классификация
Керамическими называются искусcтвенные каменные материалы и изделия, изготавливаемые из глин и других видов минерального сырья с добавками или без них. Их получают формованием, сушкой и обжигом при высоких температурах.

Обожженые керамические изделия начали получать около 5 тыс. лет до н.э. Вначале это была посуда.

Архитектурные детали, черепицу, водопроводные трубы, кирпич изготавливали в Древней Греции и в Древнем Риме. Из кирпича выполняли своды перекрытий, пролеты мостов, акведуки.

На территории Беларуси изделия из керамики появились в V в. до н.э.

В средние века в строительстве начали применять обоженные кирпич, черепицу.

Сохранились замки в Лиде (XIV в.), Новогрудке (XIV-XVI в.), Несвиже (XVI в.), Софийский собор в Полоцке (XVI в.), построенные из кирпича.

В современном строительстве керамические материалы и изделия применяют для возведения стен, облицовки фасадов и внутренних стен, устройства полов, кровель, устройства дренажа и канализаций, санитарных и других целей.

Керамические строительные материалы и изделия подразделяются по структуре и по назначению.

По структуре они бывают пористые и плотные. Пористые с водопоглощением по массе более 5 %, в среднем 8–20 %. Такую структуру имеют стеновые материалы, облицовочные плитки, черепицы, дренажные трубы. Плотные – с водопоглощением по массе менее 5 %, чаще всего 1–4 %. Они практически водонепроницаемы. К ним относятся плитки для пола, канализационные трубы и др.

По назначению керамические строительные материалы и изделия подразделяются на следующие виды: стеновые, облицовочные, санитарные, черепица, трубы, кислотоупорные, огнеупоры, заполнители для легких бетонов.
11.2 Сырьевые материалы
Сырьем для производства керамических материалов и изделий служат глины, трепел, диатомит и добавки.
11.2.1 Глины
Глинами называются осадочные горные породы, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое после высушивания обладает некоторой прочностью, а после обжига превращается в камневидное тело. Они образовались в результате выветривания, главным образом, полевошпатовых горных пород, гранитов, гнейсов и др., т.е. в результате воздействия перепадов температуры, воды, ветра, химического разложения. Состоят из глинистых минералов, представляющих водные алюмосиликаты: каолинита – Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, монтмориллонита – Al₂O₃·4SiO₂·2H₂O, гидрослюд.

Чистые глины, состоящие из каолинита, называются каолинами. Они содержат значительное количество частиц менее 0,01 мм. После обжига сохраняют белый цвет. Это первичные глины. Они преобладают в природе и применяются для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.

Вторичные глины образовались в результате переноса продуктов разрушения горных пород водой, ветром и отложения в новых местах. Они засорены песком, известняком, гипсом, органическими веществами и пр. В зависимости от степени засоренности их применяют для изготовления керамических плиток, труб, кирпича, керамзита.

Глины с повышенным содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Дисперсность их высокая. Частиц размером менее 0,001 мм содержится 85–90 %. Отличаются высокой пластичностью.

Важнейшей характеристикой глин является химический состав, от которого зависит пригодность их для производства тех или иных изделий. Глина состоит из глинозема – Al₂O₃ (10--35 %), кремнезема – SiO₂ (46--85 %); оксида железа (II) – Fe₂O₃ , оксида железа (III) – FeO, пирита – Fe₂S (0,2–10 %); оксида кальция – CaO (0,03–6 %), диоксида титана – TiO₂ (0,2–1,5 %), оксидов щелочных металлов – Na₂O, K₂O (0,1–6 %), сернистого ангидрида – SO₃ (0–0,5 %).

Важнейшей составной частью глин является глинозем. Он оказывает наибольшее влияние на свойства керамических изделий. С увеличением количества глинозема повышается пластичность, огнеупорность и прочность изделий. При содержании глинозема менее 6-8 % получить керамические материалы невозможно.

Кремнезем является преобладающим в глинах. Он может находиться, как в связанном, так и в свободном состоянии в виде кварцевого песка. Запесоченные глины имеют низкую пластичность, а изделия из них – малую механическую прочность и низкую морозостойкость.

Оксид кальция и оксид магния сокращают период спекания глин и ухудшают условия обжига керамических изделий.

Оксиды натрия и калия служат плавнями. Они понижают температуру обжига.

Оксиды железа и пирит влияют на температуру спекания черепка. Наиболее плотный черепок получается при наличии в глине оксида железа (III) FeO. Оксид железа (II) Fe₂O₂ влияет на цвет изделий. При содержании его в глинах 1,5 % - цвет почти белый, 4 % - желтый, 8,5 % - красный, при 10 % - темно-красный.

Важнейшим свойством глины является пластичность, связующая способность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность, спекаемость.

Пластичностью называется свойство глины при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, способное принимать любую форму. Она характеризуется числом пластичности П, которое определяется по разности влажности в процентах между нижней границей текучести (W_т) и границей раскатывания глины (W_р) П = W_т–W_р.

По пластичности глины подразделяются на высокопластичные с числом пластичности П более 25, среднепластичные с П 15--20, умереннопластичные с П 7–15, малопластичные с П 3–7 и непластичные. Пластичность зависит от гранулометрического состава и дисперсности.

Чем больше в глине глинистой фракции, монтмориллонита, тем она пластичнее и легче формуется. Пластичность можно увеличить обработкой в глиномялках, добавкой высокопластичных глин, лигносульфонатов, применением специальных приемов – вылеживанием, отмучиванием, вакуумированием, обработкой паром; уменьшить – введением отощающих материалов.

Керамические строительные изделия изготавливают из умеренно пластичных глин. Малопластичные глины плохо формуются, среднепластичные и высокопластичные при сушке растрескиваются и требуют введения отощителей.

Связующей способностью называют свойство глин сохранять пластичность при введении в них непластичных материалов – песка, шамота и пр. Высокопластичные глины связывают 60–80 % нормального песка.

Усадкой называется уменьшение размеров и объема образцов при сушке и обжиге. Воздушная усадка происходит в результате испарения воды в сырце и колеблется от 2 до 12 %. Воздушная усадка влияет на трещиностойкость изделий при сушке. Ее уменьшают. В состав формовочной массы вводят отощающие материалы, ЛСТ, вакуумируют. Огневая усадка происходит в результате плавления легкоплавких составляющих и сближения частиц глины. Она составляет 2–8 %.

Огнеупорностью называется свойство глин выдерживать высокие температуры, не расплавляясь. Глинистые материалы не имеют определенной температуры плавления. Из-за своей полиминеральности они плавятся в некотором интервале температур. Условно за огнеупорность принимают температуру, при которой стандартный образец в виде пирамиды высотой 30 мм (пирометр) коснется вершиной подставки, на которую установлен.

По огнеупорности глины подразделяются на огнеупорные с огнеупорностью свыше 1580 °С, тугоплавкие – от 1350 до 1580 °С и легкоплавкие – меньше 1350 °С.

К огнеупорным относят каолинитовые глины с малым содержанием примесей, снижающих огнеупорность (кварца, полевых шпатов, оксидов железа и др.). Их применяют для изготовления огнеупорных изделий, фарфора, фаянса.

Тугоплавкие глины содержат по сравнению с огнеупорными большее количество примесей, влияющих на огнеупорность. Их применяют для изготовления тугоплавкого и лицевого кирпича, плиток для полов, канализационных труб.

Легкоплавкие глины содержат значительное количество примесей. Их применяют для изготовления кирпича, черепицы, легких заполнителей.

Спекаемостью называется способность глины при обжиге уплотняться и превращаться в камень. Увеличивается прочность и уменьшается водопоглощение изделий. Спекшийся черепок имеет водопоглощение менее 5 %, полностью спекшийся – не более 1–2 %.

При нагревании глин в глинообразующих минералах, добавках и примесях происходят сложные физико-химические процессы.

При температуре до 200 °С испаряется физически связанная вода, в интервале от 200 до 450 °С выгорают органические примеси и при 700–800 °С выгорают коксовые остатки. При нагревании каолинита до 500–600 °С удаляется химически связанная вода, каолинит переходит в безводный каолинитовый ангидрит (метакаолинит):
Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O ? Al₂O₃ · 2SiO₂ + 2H₂O.
Керамическая масса теряет свои пластические свойства. Затем при 830–850 °С распадаются глинистые минералы на первичные оксиды:
Al₂O₃ · 2SiO₂ ? Al₂O₃ + 2SiO₂
и при температуре до 1000 °С возможно образование новых кристаллических силикатов–силлиманита
Al₂O₃ + SiO₂ ? Al₂O₃ ·SiO₃,

который при 1200--1300 °С переходит в муллит:

3(Al₂O₃ · SiO₂) ? 3Al₂O₃ · 2SiO₂ + SiO₂,

оказывающий основное влияние на прочность, термостойкость и другие свойства изделий.

Начиная с 700 °С легкоплавкие соединения глины и минералы-плавни образуют расплав, обволакивающий нерасплавившиеся частицы. После остывания образуется прочный черепок. Этот процесс называется спеканием. Интервал между температурой полного спекания и началом деформации глины называется интервалом спекания. Чем он шире, тем меньше возможность деформации изделий при обжиге.

Карбонатные примеси при нагревании разлагаются. Выделяется СО₂, а СаО с составляющими глины образует легкоплавкие стекла. Температурный интервал спекания снижается и ухудшаются условия обжига, что приводит к деформации изделий.

Железистые соединения Fe₂O₃ в восстановительной среде при температуре ниже 1000 °С восстанавливаются в закисные формы FeO. Получаются легкоплавкие железистые стекла, которые уплотняют черепок.

Легкоплавкие глины обжигают при температуре 900--1000 °С. Их интервал спекания составляет 100 °С. Применяются они для изделий с пористым черепком. Огнеупорные и тугоплавкие глины имеют интервал спекания более 100 °С. Их обжигают при температуре 1150–1400 °С и применяют для изделий с плотным спекшимся черепком.
11.2.2 Диатомит и трепел
Диатомит представляет собой рыхлую или слабосцементированную осадочную горную породу, состоящую из аморфного кремнезема. Он обрпхзовался из панцирей морских животных – диатомей.

Трепел более раннего происхождения. В нем панцири – диатомей превратили в зерна опалового кремнезема.

Диатомит и трепел применяют для изготовления кирпича, теплоизоляционных изделий.
11.2.3 Добавки
Для улучшения свойств керамических материалов и изделий вводятся добавки – отощающие, выгорающие, обогащающие и плавни.

К отощающим добавкам относят кварцевый песок, шамот, дегидратированную глину, бой керамических изделий, шлак, золу. Их вводят в высокопластичные глины, чтобы уменьшить усадку изделий и образование трещин при термической обработке.

Хорошим природным отощителем служит кварцевой песок. Для тонкой керамики применяют жильный кварц и кварциты.

Шамот получают обжигом огнеупорных и тугоплавких глин с последующим измельчанием до частиц размером 0,14—2,0 мм. Его применяют при изготовлении тонкой керамики и огнеупорных материалов.

Дегидратированную глину получают обжигом глины при 600--800 °С. Она теряет пластические свойства. После измельчения ее добавляют в состав формовочной массы при изготовлении стеновой керамики в количестве 30–50 %.

К выгорающим добавкам относят древесные опилки, угольный и торфяной порошки, отходы добычи угля. Их вводят для повышения пористости изделий. Кроме того, они способствуют обжигу изделий, снижают расход топлива. Одновременно они являются отощающими добавками.

К обогащающим и пластифицирующим добавкам относят высокопластичные глины, лигносульфонаты, лигнин. Их вводят для увеличения пластичности, улучшения формовочных свойств глин. Лигнин одновременно является и выгорающей добавкой.

К плавням относят молотый полевой шпат, железные руды. Их применяют для повышения плотности, прочности, уменьшения водопоглощения изделий. Имея более низкую температуру плавления, чем глина, они понижают температуру обжига изделий.

Кроме перечисленных добавок при изготовлении теплоизоляционной керамики в состав массы могут вводиться легкие пористые заполнители – вспученный перлит, полистирол, газо- и пенообразователи. В глины, содержащие растворимые соли, вводят виттерит – карбонат бария, предотвращающий выцветы.
11.2.4 Глазури, ангобы, керамические краски
Для придания керамическим изделиям декоративного вида, повышения водонепроницаемости, долговечности их поверхность покрывают глазурью, ангобом, керамическими красками.

Глазурь представляет собой тонкий стекловидный слой на поверхности изделия, образованный обжигом минеральных композиций, нанесенных на изделие. Глазури бывают бесцветные и окрашенные. Их получают из природных материалов и химических реактивов. По способу приготовления они подразделяются на сырые и фриттовые. Для сырых глазурей компоненты размалывают и получают шликер. Если хотя бы один из компонентов растворим, тогда из сырья варят фритту. Например, один из составов прозрачной фриттовой глазури состоит из калиевой селитры – 8,5, мела – 4,2, карбоната бария – 8,3, буры – 16,1, борной кислоты – 14,6 и кварцевого песка – 48,3 %. Компоненты фритты измельчают в шаровой мельнице. На изделие она наносится распылением, поливом, методом окунания и закрепляется обжигом до получения расплава.

Ангоб – это тонкий слой на поверхности необожженного керамического изделия из белой или цветной глины. В состав ангобов могут вводиться плавни – стекольный бой, полевой шпат и минеральные красители. Ангоб не дает расплава и поверхность изделия получается матовой.

Керамические краски представляют собой смеси металлов или их оксидов с силикатами, алюминатами, боратами, дающими при обжиге цветные соединения. Ими окрашивают поверхности керамических изделий.

Краски бывают подглазурные и надглазурные. Подглазурными красками окрашивают неглазурованные изделия, которые потом покрывают прозрачной глазурью и обжигают. Надглазурными красками окрашивают глазурованные изделия и закрепляют на поверхности обжигом в муфельных печах при 600–800 °С.
11.3 Виды керамических материалов и изделий
Керамические строительные материалы и изделия подразделяются по структуре и назначению.

По структуре они бывают плотные и пористые. Пористые с водопоглощением по массе более 5 %, в среднем 8–20 %. Такую структура имеют стеновые материалы, облицовочные плитки, черепица, дренажные трубы и др.

Керамические материалы и изделия подразделяются на следующие виды: стеновые (кирпич и камни, плитки, санитарные, черепица, трубы, легкие заполнители для бетонов, кислотоупорные, тугоплавкие и огнеупорные.
11.3.1 Кирпич и камни керамические
Кирпич и камни керамические подразделяются на рядовые и лицевые.

Рядовые применяют для кладки каменных наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений. Лицевые, в том числе и профильные – для облицовки наружных и внутренних стен.

Их изготавливают в виде параллелепипеда и в зависимости от размеров подразделяют на виды, приведенные в таблице 11.1 (рисунок 11.1).

Таблица 11.1 – Виды и размеры кирпича и камней рядовых и фасадных

Вид изделий	Номинальные размеры, мм
	длина	ширина	толщина
Кирпич одинарный Кирпич утолщенный Кирпич модульных размеров одинарный Кирпич модульных размеров утолщенный Кирпич утолщенный с горизонтальным расположением пустот Камень Камень модульных размеров Камень модульных размеров укрупненный Камень укрупненный » » Камень укрупненный с горизонтальным расположением пустот » » Кирпич профильный Кирпич утолщенный профильный Камень профильный пустотелый	250 250 288 250 250 250 288 288 250 250 250 250 250 250 250 250 175	120 120 138 54 120 120 138 288 250 250 180 250 200 250 120 120 180	65 88 65 88 88 138 138 88 138 188 138 120 80 88 65 88 65

Кирпич выпускается полнотелым и пустотелым, камни только пустотелыми. Пустотность кирпича и камней обычно составляет от 2,25 до 45 %. Может иметь и другую пустотность.

Фактура ложковой и тычковой граней рядовых изделий может быть гладкой или рифленой, лицевых – гладкой, рельефной или офактуренной.

Для улучшения архитектурно-художественного вида лицевых изделий в глиняную массу могут вводиться окрашивающие добавки, поверхность тычков и ложков может офактуриваться слоем ангоба, глазури, рисунком; торкретированием песком, стеклом, минеральной крошкой.

Масса кирпича не должна превышать 4,3 кг, камней – 16 кг. По согласованию предприятия-изготовителя с потребителем кирпич полнотелый утолщенный допускается изготавливать массой более 4,3 кг и укрупненные камни – более 16 кг.

По прочности полнотелый кирпич и пустотелые кирпич и камень с вертикально расположенными пустотами подразделяются на марки: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250 и 300, а с горизонтально расположенными пустотами на марки – 25, 35, 50 и 100.



Рисунок 11.1 – Керамические изделия (в скобках дана пустотность, %)

кирпич с количеством пустот: а – 19 (13 %); б – 31 (30%); в – 21 (32 %); г – 6 горизонтальных (42 %); камень с количеством пустот: д – 8 (25 %); е – 28 (33 %); ж – 7 горизонтальных (56 %)
По морозостойкости кирпич и камни рядовые подразделяются на марки F15, F25, F35, F50 и F75, лицевые – на марки F35, F50, F75 и F100.

Водопоглощение полнотелого кирпича должно быть не менее 8 %, а пустотелых изделий – не менее 6 %.

Кирпич и камни – негорючие материалы.

Удельная эффективная активность естественных радионуклидов (А_эф) не должна превышать 370 Бк/кг.

Кирпич и камни изготавливают чаще всего из местных сырьевых материалов. Применяются легкоплавкие глины с содержанием до 70 % кварцевого песка. Основные этапы производства состоят из добычи сырьевых материалов, транспортировки их на завод, подготовки сырьевой массы для формования, формования, сушки и обжига.

Глину добывают обычно в карьерах открытым способом одно- или многоковшовыми экскаваторами, скреперами. Доставляют на завод автомобильным, железнодорожным, конвейерным или подвесным транспортом.

Для разрушения природной структуры, удаления вредных примесей, камней, получения удобоформуемой гомогенной массы глину подвергают переработке.

Кирпич и камни изготавливают способами пластического или полусухого формования.

При пластическом способе подготовки и формования массы глину измельчают и смешивают с добавками, затем увлажняют водой или паром до влажности 15–25 % и перемешивают в мешалках.

Формование изделий производится на ленточных прессах. Рабочим органом пресса – шнеком – глиняная масса захватывается, уплотняется и выдавливается в виде бруса через выходное отверстие (мундштук). Брус разрезается на изделия нужного размера резательными устройствами. Затем сырец укладывается на вагонетки и отправляется на сушку.

Пластический способ отличается простотой подготовки массы и менее сложным формовочным оборудованием. Однако процесс сушки изделий более продолжительный.

При полусухом способе формования сырьевые материалы подсушивают, дробят и размалывают в порошок, который затем увлажняют до 8–12%-ной влажности водой или лучше паром и получают пресспорошок. Прессуют на автоматических прессах при давлении 15–20 МПа. Получаются изделия правильной формы и геометрических размеров. Можно отказаться от сушки. Производственный процесс сокращается почти в два раза по сравнению с пластическим способом. Однако требуется более сложное оборудование по сравнению с пластическим способом формования.

Сушка производится до влажности 5–7 % в естественных или искусственных условиях.

Естественная сушка выполняется под навесами или в сараях, продолжается от 5 до 20 суток и определяется климатическими условиями. Она применяется только на старых заводах.

Искусственная сушка производится в камерных или туннельных сушилках. Камерные сушилки представляют собой камеры длиной от 10 до 18, шириной от 0,9 до 1,45 и высотой от 2,1 до 3,0 м. Они работают периодически. Начальная температура подаваемого теплоносителя составляет 130–170, отработанного – 40–50 °С. Время сушки составляет от 32 до 72 часов. Наиболее прогрессивными являются туннельные сушилки (рисунок 11.2). Они представляют собой туннели длиной от 24 до 36, шириной 1–1,2 и высотой 1,4–1,8 м. Сырец поступает в вагонетках по рельсовому пути. Навстречу движется теплоноситель, подаваемый из канала у выгрузочного конца при помощи вентилятора. Начальная температура теплоносителя составляет 100 –140 °С, а конечная, удаляемая из сушилки, – 30 – 45 °С. Время сушки – 17–24 часа.



2

3

4

4

1

Рисунок 11.2 – Схема туннельной сушилки: 1– подача теплоносителя; 2 – вагонетки с сырцом: 3 – отбор теплоносителя; 4 – центральный канал для подачи теплоносителя в сушилку;  –– движение вагонеток; –– движение газов
Завершающей стадией технологического процесса является обжиг. При обжиге происходит спекание керамической массы и превращение ее в камневидное тело. Весь процесс делят условно на четыре периода: досушка сырца до 200 °С, подогрев (окур) при 700–800 °С, спекание (взвар) при температуре 900–1050 °С и охлаждение до температуры 40–50 °С. Обжиг кирпича и камней выполняют в кольцевых или туннельных печах.

Кольцевая печь представляет собой туннель в виде вытянутого кольца, называемого обжигательным каналом, в который загружается кирпич-сырец для обжига. Канал условно разделяется на 12 –36 камер. Камера имеет вход (ходок) для загрузки и выгрузки изделий, отверстия в своде камеры для загрузки топлива (топливные трубочки). Дымовые газы отводятся по дымовому каналу к трубке через специальные отверстия – фуксы, закрываемые конусами. Обжигаемые изделия в канале неподвижны, т. к. перемещается зона обжига. Постоянно с одного конца идет загрузка сырца, а с другого – выгрузка обожженного материала. Время обжига составляет 45–63 часа.

Обслуживание кольцевых печей связано с большой трудоемкостью, тяжелыми условиями труда. Печи морально устарели и сейчас не строятся.

Т
Рисунок 11.3 – Туннельная печь:

1 – корпус печи; 2 – вагонетка с кирпичом
уннельные печи – непрерывного действия (рисунок 11.3). В них, в отличие от кольцевых, неподвижна зона обжига, а обжигаемый материал перемещается на вагонетках. Длина рабочего туннеля от 48 до 160 м, ширина 1,4–4,5 м, высота 1,5–2,5 м. Производительность печей от 8 до 50 млн шт. кирпича в год и более. Кирпич сырец загружают в вагонетки, которые перемещаются по длине туннеля.

В печи имеется три зоны: подогрева, обжига и охлаждения. Продолжительность полного цикла составляют 18–32 часа. В современных туннельных печах автоматизирована загрузка и выгрузка изделий на вагонетки. Трудовые затраты снижаются в два раза.
11.3.2 Плитки керамические
Керамические плитки подразделяются на плитки для внутренней облицовки стен, устройства полов, облицовки фасадов.

Керамические плитки для внутренней облицовки стен, в соответствии со стандартом, изготавливают 68 типов.

По форме они бывают квадратные, прямоугольные, фасонные, фигурные. Боковые грани могут быть без завала и с завалом. Наиболее распространенными являются квадратные плитки размером 200х200х6 (8), 150х150х6 (8) мм.

Лицевая поверхность может быть гладкой или рельефной, офактуренной и с пирамидальной поверхностью, с рисунком или без рисунка. С лицевой поверхности они покрываются глухой или прозрачной глазурью. Водопоглощение плиток не должно превышать 16 %, предел прочности при изгибе 15–17 МПа.

Сырьем для плиток служат огнеупорные и тугоплавкие глины, каолин с добавками отощителей и плавней. Могут применяться легкоплавкие глины.

Изготавливают их из массы шликерным, полусухим и сухим способами. Предпочтение отдается шликерному способу с обезвоживанием массы в распылительных сушилках.

Плитки прессуют на коленорычажных или гидравлических прессах, сушат в туннельных сушилках и обжигают в туннельных печах один или два раза. По традиционной технологии применяют двукратный обжиг. Первый (утельный) – 16–17 мин. при 1000–1100 °С, после которого плитку шлифуют, калибруют, сортируют, а затем, после нанесения глазури, еще раз обжигают при температуре 980–1180 °С в течение 30–40 часов.

На современных автоматизированных поточно-конвейерных линиях время изготовления плиток сокращается до 60–80 мин. Линия состоит из распылительной сушилки для приготовления пресс порошка, коленорычажного или гидравлического пресса, газовой щелевой сушилки и щелевой роликовой печи. Сушат плитки 9 мин при температуре 220–240 °С, утельный обжиг выполняют 17–20 мин при температуре 1000–1050 °С и после нанесения глазури обжигают 28–30 мин при 940–1000 °С.

Применяют плитки для облицовки стен кухонь, санитарных узлов, помещений с повышенной влажностью, таких, как бани, прачечные и др.

Фасадные керамические плитки подразделяются на стеновые и цокольные, бывают глазурованные и не глазурованные. Стеновые применяют для наружной облицовки стен, стеновых панелей; цокольные – для облицовки цоколей зданий. Глазурованные плитки обычно применяют для облицовки цоколей, входов, художественной отделки зданий.

В соответствии со стандартом плитки изготавливают 15 типов. Наименьший размер – 50х50х4 мм, наибольший – 300х150х7 (9) мм.

Керамические фасадные плитки изготавливают из керамической или шлакосодержащей масс. Водопоглощение стеновых плиток из керамической массы не менее 2 и не более 9 %, цокольных не менее 2 и не более 5 %; плиток из шлакосодержащей массы (только изготавливаются стеновые) водопоглощение не более 12 %, морозостойкость стеновых не менее 40, цокольных не менее 50 циклов, предел прочности при изгибе стеновых не менее 16, цокольных – 8 МПа.

Плитки формуют полусухим и пластическим способами, обжигают при температуре 950–1000 °С.

Приготовление формовочной массы с влажностью 6–8 % осуществляется шликерным, полусухим или сухим способами. При применении сырья, составленного из одного или двух компонентов применяют полусухой или сухой способы. При многокомпонентном составе пресс-порошок изготавливают шликерным способом, обезвоживая его в сушильном барабане или в распылительных сушилках.

Технология формования, сушки и обжига такая же, как и плиток для внутренней облицовки.

Керамические литые плитки предназначены для облицовки внутренних и наружных поверхностей зданий, а также для монументально-декоративных работ. Не применяют их для облицовки цоколей и карнизов.

Согласно стандартам изготавливается 14 типов плиток с наименьшими размерами 21х21х3 и наибольшими – 121х96х3,5 мм. Из плиток можно изготавливать ковры, которые набирают на конвейерных линиях, укладывая их в формы лицевой поверхностью вверх, и наклеивают костным клеем на бумагу.

Водопоглощение плиток для внутренней облицовки должно быть не более 16,5 %, для наружных работ – не более 15,5 %. К плиткам для наружных работ предъявляются требования по морозостойкости, которая должна составлять не менее 35 циклов.

Литые плитки получают из глин с естественными добавками методом литья. Способ основан на способности глин образовывать в воде устойчивые суспензии (шликер) и способности пористых керамических форм (лещадок) отсасывать воду.

Пористые лещадки изготавливают из массы, состоящей из каолина, глины и шамота прессованием, сушкой и обжигом. На лещадку последовательно наносят три слоя шликера: разделительный, плиточный и глазурный, которые имеют разные составы. После поглощения воды лещадкой отливку разрезают дисковыми ножами на плитки необходимых размеров и вместе с лещадкой подают на сушильный конвейер, а затем в печь для обжига.

Плитки изготавливают на поточно-конвейерных линиях состоящих из литьевого и сушильного конвейеров и щелевой роликовой печи для обжига. Обжиг осуществляют при температуре 1000–1020 °С в течение 30–50 мин.

Керамические плитки для полов. В соответствии со стандартом плитки бывают квадратные, прямоугольные, треугольные, шестигранные, восьмигранные и фигурные – всего 32 типа основных, доборных и фигурных. Наиболее распространенными являются плитки размером 300х300х13, 250х250х13; 300х200х13 и 400х300х13 мм.

Поверхность их бывает неглазурованная, глазурованная, гладкая или рельефная. Водопоглощение неглазурованных плиток не должно превышать 3,8, глазурованных – 4,5 %, потери массы при истирании допускается при применении кварцевого песка 0,18, корундового порошка 0,54 г/см².

Применяют плитки для устройства полов в помещениях с интенсивным движением (вестибюлях, коридорах, станциях метрополитенов), с влажным режимом эксплуатации (банях, ванных комнатах), на химических предприятиях и на других производствах при воздействии агрессивной среды.

Керамические плитки для полов изготавливают из высококачественных пластичных глин с содержанием Al₂O₃ 18–35 %. В качестве отощающих материалов вводят тонкомолотый шамот или кварцевый песок. Плавнями служат нефелин-сиенит, перлит, стеклобой и др. Цветные плитки изготавливают из природно-окрашенных глин или глин, окрашенных красителями. В двухслойных плитках нижний слой формуется из естественно-окрашенной массы, верхний слой – из цветного порошка, окрашенного красителями.

Плитки изготавливают на поточно-автоматизированных конвейерных линиях. Приготавливают пресс-порошки из шликерной массы в распылительных сушилках, прессуют на коленорычажных или гидравлических прессах, сушат в конвейерных сушилках примерно 60 мин и обжигают в щелевой роликовой печи при температуре 1060–1100 °С 60–80 мин.
11.3.3 Санитарная керамика
К санитарным изделиям относят умывальники, унитазы, раковины, мойки и другие изделия для внутреннего оборудования зданий. Изготавливают их из фаянсовых, полуфарфоровых и фарфоровых масс. Сырьем служат беложгущиеся глины, каолиниты, кварц, полевой шпат, взятые в различных соотношениях.

Фаянс имеет пористый черепок с водопоглощением 19–22 %. Предел прочности при сжатии составляет 60–110 МПа. Поверхность изделия покрывают глазурью. Полуфарфор имеет более плотный черепок. Водопоглощение его – 3–5 %, прочность при сжатии – 150–200 МПа. Фарфор имеет еще большую плотность, его водопоглощение составляет 0,2–0,5 %, прочность – до 500 МПа. Из него можно изготавливать тонкостенные изделия. Особенностью фарфора является просвечиваемость.

Изделия изготавливают в основном методом шликерного литья в гипсовых формах. Стенки изделий образуются в результате осаждения твердой фазы шликера на поверхности формы после поглощения воды гипсом. Их влажность составляет 22–24 %. Отформованные изделия сушат в камерных или туннельных сушилках при 80 °С до влажности 5–6 % 18–20 ч. Глазуруют окунанием, пульверизацией (напылением), поливом. Обжигают в туннельных печах в зависимости от применяемых материалов при температуре от 1190 до 1380 °С 21–24 ч (ванны до 90–100 ч).

Метод шликерного литья в гипсовых формах сложен и трудоемок. Принципиально новый способ – гидростатическое прессование изделий в металлических формах с резиновыми оболочками. Порошковая масса с влажностью 8 – 10 % прессуется при давлении 16–22 МПа, передаваемым водой через эластичную форму. Получаются изделия высокого качества.
11.3.4 Черепица
Черепица применяется для устройства кровель с внутренним углом наклона крыши к горизонту 30°–65° (S-образная 45°–65°) на территориях с умеренным климатом. Она выпускается следующих видов: основная– плоская, S-образная, мунк-нунн, пазовая; коньковая и специальная.

Масса 1 м² кровли в водонасыщенном состоянии из плоской черепицы не должна превышать 60, S-образной – 50, мунк-нунн – 74 кг.

Черепица должна выдерживать нагрузку при изгибе в кН: S-образная – 1,5, пазовая – 0,9, остальных видов – 0,8. По морозостойкости она подразделяется на марки F50; F75; F100, должна быть водонепроницаема. Черепицу изготавливают из легкоплавких глин с отощающей добавкой шамота. По технологии изготовления она подразделяется на прессованную, экструзионную и штампованную. Формуют чаще всего на ленточных прессах. Сушат в камерных или туннельных сушилках при 50–70 °С 25–70 ч до влажности 6–7 %. Могут покрывать глазурью или ангобом. Обжигают при 900–1050 °С чаще всего совместно с пустотелым кирпичом или дренажными трубами.

К достоинствам черепицы следует отнести высокую долговечность: кровли из нее служат 80 лет, что значительно выше асбестоцементных, металлических, рубероидных; к недостаткам – большую массу покрытия, высокую трудоемкость.
11.3.5 Трубы
Керамические трубы подразделяются на дренажные и канализационные.

Дренажные трубы применяют для понижения уровня, сбора и отвода грунтовых вод. Они изготавливаются с внутренним диаметром 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 и длиной 333 мм. Трубы диаметром от 100 до 250 мм допускается изготавливать длиной 500 мм. Наружная поверхность может быть цилиндрической, шестигранной и восьмигранной. По морозостойкости трубы должны выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания, по прочности (в зависимости от диаметра) – нагрузки не менее 3,5–5 кН.

Сырьем для изготовления труб служат малопластичные и пластичные глины. В качестве отощающих добавок применяют шамот, песок, дегидратированную глину Для повышения пористости труб вводят выгорающую добавку – тонкомолотый уголь.

Формуют трубы в основном на горизонтальных ленточных прессах пакетным способом. Сушат от 18 до 60 часов при температуре 75–90 °С, обжигают при температуре 920–1050 °С 22–45 часов в туннельных печах.

Канализационные трубы применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые и дождевые неагрессивные и агрессивные сточные воды.

Трубы выпускаются диаметром от 125 до 600 и длиной 1000; 1100; 1200;1300; 1400 и 1500 мм. Могут изготавливаться другой длины. Они имеют раструб. Должны выдерживать гидравлическое давление не менее 0,15 МПа и внешнюю нагрузку 0,2–0,3 кН.

Канализационные трубы изготавливают из огнеупорных и тугоплавких глин с отощающими добавкой шамота и плавнями. Применяют пластический способ формования на вертикальных и горизонтальных вакуумных шнековых прессах при давлении до 10 МПа. Можно изготавливать трубы методом гидростатического прессования с передачей давления жидкости в 20–70 МПа через резиновую эластичную оболочку. Сушат трубы в туннельных или конвейерных сушилках при 120–150 °С 24–40 ч. Покрывают глазурями из легкоплавких глин с добавкой плавней. Обжигают в туннельных печах при 1160–1200 °С 30–36 ч.
11.3.6 Легкие заполнители для бетонов
К легким заполнителям относят керамзитовый гравий и песок, аглопоритовый щебень и песок.

Керамзитовый гравий представляет собой искусственный пористый материал, получаемый обжигом вспучивающихся силикатных горных пород. Он имеет окатанную шаровидную или эллипсоидную форму. В зависимости от размеров зерен подразделяется на фракции: от 2,5 до 10, св. 5 до 10, св. 10 до 20 и св. 20 до 40 мм или смесь фракций от 5 до 20 и св. 5 до 40 мм. По насыпной плотности имеет марки 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, по прочности при сдавливании в стальном цилиндре марки П15, П25, П35, П50, П100, П125, П150, П200, П250, П300, П350 и П400 с пределом прочности до 10 МПа и более, должен выдерживать не менее 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания с потерей массы не более 8 %.

Сырьем для керамзитового гравия служат легкоплавкие глинистые породы, способные при обжиге вспучиваться. Это глины, суглинки, глинистые сланцы, трепелы, диатомиты и др. Вспучиваемость сырья определяется коэффициентом, который выражается отношением объема вспученной массы к объему абсолютно сухого сырца, он должен быть более 2. Вспучивание происходит при обжиге глинистого сырья при температуре 1050 – 1250 °С в результате выделения: химически связанной воды из глинистых минералов и слюд; СО₂ – в результате сгорания органических примесей и диссоциации карбонатов; О₂ – из-за диссоциации Fe₂O₃; SO₂ и SO₃ из сульфатов.

Для повышения качества керамзита вводят различные добавки: лигносульфонаты технические, древесные опилки, уголь, торф и др. Переработка сырья и формование гранул выполняется пластическим и полусухим способами. По пластическому, наиболее распространенному способу, переработанная и увлажненная до 18–26 % глина поступает в ленточный пресс, снабженный перфорированной плитой. Выдавленные через отверстия жгуты разрезаются на брикеты, равные их диаметру. Формование гранул может также выполняться на дырчатых вальцах, где глиняная масса захватывается и продавливается через отверстия внутрь цилиндра. Обжигают керамзитовый гравий во вращающихся печах.

Керамзитовый песок имеет размер зерен от 0,16 до 5 мм, марки по насыпной плотности 500, 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100. Изготавливают его дроблением керамзитового гравия. На изготовление 1 м³ песка расходуется 1,8–2 м³ гравия. Эта технология неэкономична: стоимость песка в два раза превышает стоимость гравия.

Наиболее совершенной является технология обжига песка в печах кипящего слоя, когда теплоноситель продувается через слой гранул, в результате чего они выходят из спокойного состояния и переходят в состояние непрерывного движения.

Щебень и песок аглопоритовый представляют собой искусственный пористый материал, получаемый из легкоплавких глин на агломерационных установках с последующим дроблением.

По крупности зерен аглопорит подразделяется на щебень фракций от 5 до 10, св. 10 до 20 и св.20 до 40 мм и песок фракций от 0,16–1,25;св. 1,25 до 2,5 и св. 2,5 до 5 мм.

По насыпной плотности щебень имеет марки 400, 500, 600, 700, 800 и 900, песок – 600, 700, 800, 900, 1000 и 1100. По прочности щебень подразделяется на марки от П25 до П350. Морозостойкость – не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Сырьем для изготовления аглопорита служат малопластичные слабовспучивающиеся глины, суглинки и др., в качестве добавок – уголь, шлак, опилки, лигносульфонаты технические. Гранулы формуются из подготовленной сырьевой массы продавливанием через перфорированную решетку ленточного пресса или же при помощи дырчатых вальцев, затем они поступают на агломерационную машину, где происходит спекание гранул в крупные пористые конгломераты на решетке за счет принудительного просасывания воздуха через шихту. Максимальная температура обжига составляет 1400–1600 °С. Затем производится дробление и рассеивание на фракции.

Керамзитовые и аглопоритовые щебень и песок применяют для изготовления легких бетонов, могут использоваться в качестве теплоизоляционных материалов.
11.3.7 Кислотоупорные керамические изделия
К кислотоупорным изделиям относят кислотоупорный кирпич, кислотоупорную и термокислотоупорную плитку, трубы и фасонные детали к ним.

Кислотостойкость кирпича должна составлять 95,0–97,5 %, плиток от 96 до 99 %, труб – не менее 92 %. Сырьем для изготовления кислотоупорной керамики служат пластичные глины без примесей карбонатов, гипса, серного колчедана, которые понижают химическую стойкость изделий. Трубы покрывают с двух сторон глазурью.

Массу готовят пластическим или полусухим способом. Пластическим или полусухим способом формуют кирпич, плитку. Изделия сложной конфигурации отливают в гипсовых формах. Кислотоупорные изделия сушат так же, как изделия строительной керамики. Обжигают в туннельных, газо-камерных печах и горнах, при температуре 1200–1300 °С.

Применяют кислотоупорные изделия для футеровки резервуаров на химических предприятиях, для полов в цехах с агрессивными средами, для транспортировки агрессивных жидкостей и т. д.
11.3.8 Тугоплавкие и огнеупорные материалы и изделия
При строительстве теплотехнических сооружений и установок применяют материалы и изделия, выдерживающие высокие температуры, в виде бетонов, растворов, штучных изделий – кирпича, фасонных изделий.

По огнеупорности они подразделяются на тугоплавкие, огнеупорные и высшей огнеупорности. Тугоплавкие имеют огнеупорность 1350–1580 °С, огнеупорные – 1580–1770 °С, высокоогнеупорные – 1770–2000 °С и высшей огнеупорности – выше 2000 °С. В зависимости от химико-мине-ралогического состава они подразделяются на кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезиальные, хромомагнезиальные и другие.

Кремнеземистые изделия подразделяются на динасовые, динасохромитовые и из кварцевого стекла.

Динасовые изделия изготавливают из кварцевых пород на известковой или другой связке. Огнеупорность составляет 1650–1720 °С. Применяют их для кладки промышленных печей, подвергающихся длительному воздействию высоких температур, при воздействии основных шлаков и расплавов.

Динасохромитовые изготавливают из кварцевых пород и хромитовой руды. Огнеупорность имеют не ниже 1670 °С. Применяют для устройства насадок газовых и воздушных регенераторов мартеновских печей с рабочей температурой до 1350 °С.

Кварцевые изделия изготавливают из обогащенного кварцевого песка путем плавления и последующего прессования. Применяют для кладки бассейнов стекловаренных печей. Нельзя применять при непосредственном воздействии щелочных расплавов.

Алюмосиликатные изделия подразделяются на полукислые, шамотные, высокоглиноземистые, высокоглиноземистые цирконийсодержащие.

Полукислые изделия изготавливают из кварцевых пород на глиняной или каолиновой связке или из огнеупорных глин, отощенных кварцевым песком. Может добавляться шамот. Их огнеупорность составляет 1610–1710 °С. Применяют для теплотехнических сооружений и установок, где не допускается изменение объема кладки.

Шамотные изделия изготавливают из огнеупорных глин или каолина, отощенных шамотом с огнеупорностью 1610–1750 °С. Применяют для кладки печей для обжига цементного клинкера, стекловаренных печей, вагранок, доменных, мартеновских, коксовых печей.

Высокоглиноземистые изделия изготавливаются из технического глинозема и высокоглиноземистого природного сырья. Огнеупорность их не ниже 1750–1800 °С, предел прочности 20–80 МПа. Их применяют для кладки конструктивных элементов теплотехнических сооружений. Изделия специльного назначения применяют в строительстве доменных печей, для стекловаренных печей.

Цирконийсодержащие изделия изготавливают из технического глинозема и обогащенного циркония. Применяют для футеровки ответственных элементов стекловаренных печей.

Магнезиальные изделия подразделяются на магнезитовые (периклазовые), магнезитовые на шпинельной связке, форстеритовые, талькомагнезитовые.

Магнезитовые (периклазовые) изготавливают из магнезитового порошка, обжигаемого до спекания. Они относятся к материалам высшей огнеупорности с огнеупорностью не ниже 2000 °С. Применяют для кладки конструкций основных мартеновских и электросталеплавильных печей ниже уровня шлака.

Магнезитовые изделия на шпинельной связке изготавливают из магнезиального порошка, обожженного до спекания с добавкой технического глинозема. Применяют для кладки промышленных печей с воздействием расплавленного металла, расплава и шлаков основного характера.

Форстеритовые изготавливают из магнезиально-силикатных горных пород с добавкой магнезитового порошка. Огнеупорность их не ниже 1750 °С. Применяют для кладки промышленных печей с воздействием расплавленного металла, расплавов и шлаков основного характера.

Талькомагнезитовые изготавливают выпиливанием из талькокарбонатных горных пород. Огнеупорность их 1540–1560 °С.

Хроммагнезиальные изделия подразделяются на хромомагнезитовые и магнезитохромитовые Хромомагнезитовые изготавливают из магнезитового порошка, обожженного до спекания, и хромитовой руды. Имеют огнеупорность не ниже 2000 °С. Применяют там же, где и магнезитовые на шпинальной связке.

Магнезтохромитовые изготавливают из магнезиального порошка обожженного до спекания с добавкой 30 % хромитовой руды. Применяют там же, где и хромомагнизитовые.

---

11 КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ