Керамические строительные материалы

Размещено на http://www. allbest. ru/

1. Классификация керамических строительных материалов по назначению и по способу формования

По назначению:- стеновые изделия - кирпич, керамические камни и панели из них.

- фасадные изделия - лицевой кирпич, различного рода плитки, архитектурно-художественные детали, напорные панно.

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

- плитки для пола.

- изделия для перекрытии (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 для бетонов (керамзит, аглопорит).

По назначению керамический кирпич подразделяется на: строительный (рядовой), облицовочный и специальный. Строительный служит для возведения несущих стен и перегородок, которые впоследствии облицовываются, штукатурятся, окрашиваются. Поскольку такой кирпич скрыт за декоративным слоем, требования ГОСТа к его внешнему виду минимальные: лицевая поверхность может быть грубой, шершавой, не иметь однородного цвета, допустимы криволинейность, отколы до 10 мм (не более трех на изделие). Важно, чтобы несущая способность кирпича была достаточной. Для лучшего сцепления с кладочным раствором боковые грани кирпича могут быть рифлеными. Кирпич не должен иметь механических повреждений и сквозных трещин. На одном кирпиче допускается не свыше двух отбитостей ребер и углов размером по длине ребра не более 15 мм. На отдельных кирпичах может быть допущена одна сквозная трещина протяженностью не более 30 мм по ширине кирпича. Кирпич должен быть нормально обожжен, кирпич недожженный и пережженный - брак. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускается известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича. ОБЛИЦОВОЧНЫЕ ИЗДЕЛИЯ. Керамические изделия, применяемые для облицовки зданий, делятся на две группы -- для облицовки фасадов зданий и для внутренней облицовки помещений. Основными видами облицовочных керамических материалов для фасадов зданий являются лицевые кирпич, камни, плиты и плитки. Кирпич и камни делают сплошными и пустотелыми. Плиты в зависимости от конструкции, способов изготовления и крепления подразделяют на закладные, устанавливаемые одновременно с кладкой стен, и устанавливаемые на растворе после возведения и осадки стен. Фасадные плиты изготовляют различной формы: плоские -- для облицовки плоскости стен, угловые -- для облицовки наружных углов, откосов и проемов и перемычные -- для облицовки перемычек над оконными и дверными проемами. Плитки фасадные малогабаритные выпускают с наружной гладкой и фактурной поверхностью, а на тыльной стороне делают углубления для лучшего сцепления с цементным раствором. Керамические материалы для внутренней облицовки помещений не подвергаются действию отрицательных температур и резких перемен погоды, поэтому они не должны отвечать всем требованиям, предъявляемым к материалам для внешней облицовки зданий. Однако точность размеров, правильность формы и одинаковая окраска приобретают особо важное значение. Вследствие этого для материалов внутренней облицовки поставлены более жесткие требования по внешнему виду, чем к материалам для наружных работ. Для внутренней облицовки помещений применяют в основном керамические плитки различной формы и толщины. Керамическими плитками для полов настилают полы в вестибюлях общественных зданий, банях, прачечных, санитарных узлах, лечебных помещениях и на предприятиях химической промышленности. Эти плитки практически водонепроницаемы, т. е. надежно защищают несущие конструкции перекрытий от увлажнения, стойко сопротивляются истирающим воздействиям, не дают пыли, легко моются, не впитывают жидкостей и хорошо противостоят действию кислот и щелочей. Специальные кирпич - Санитарно-технические изделия должны обладать высокой механической прочностью и теплостойкостью. Для их изготовления необходимо высококачественное сырье, строгое соответствие массы установленной рецептуре и точное соблюдение технологического режима производства. К санитарно-техническим изделиям относится оборудование санитарных узлов и кухонь жилых, общественных и промышленных зданий. Ассортимент изделий этой группы весьма разнообразен -- ванны, умывальники, унитазы, радиаторы и др. Изделия должны иметь правильную форму, без прогибов, искривлений и трещин, равномерный покров блестящей глазури (белой или цветной), устойчивой против образования мелких трещин (цека); при простукивании изделия должны издавать чистый (не дребезжащий) звук, указывающий на обжиг их до соответствующей температуры и отсутствие трещин. Канализационные трубы, изготовляемые диаметром от 150 до 600 м,м, имеют плотный спекшийся черепок. Они покрываются глазурью изнутри и снаружи и отличаются большой устойчивостью к действию агрессивных вод и блуждающих электрических токов.

По способу изготовления различают кирпичи пластического формования или полусухого прессования. По степени пластичности выбирают способ изготовления: Высокопластичные с числом пластичности более 25; Средней пластичности - 15-25; Умереннопластичные - 7-15; Малопластичные - до 7; Непластичные - неспособное при затворении водой давать пластичное тесто. Способы различают по количеству влаги, содержащейся в формовочной массе. Кирпичи, изготовленные методом пластического формования, могут быть полнотелыми и пустотелыми. Первый этап при изготовлении керамических кирпичей -- это подготовка сырья. Применение метода пластического формования предусматривает приготовление глиняной массы с содержанием влаги до 20 процентов. Куски глины тщательно измельчаются до размеров 100-150 мм, а затем при помощи вальцов происходит последовательное дальнейшее измельчение глиняной массы (до размеров 1 мм) и удаление мелких каменных вкраплений. Затем в смесителе с фильтрующей решеткой глиняная масса увлажняется и тщательно перемешивается. Количество влаги доводится до 18-25%. В смесителе к глине примешиваются необходимые добавки. И в завершение первого этапа прессами формуется брус, заготовка будущих кирпичей. На втором этапе отформованный брус разрезается на отдельные изделия, так называемый кирпич сырец. Обжигать сразу кирпич сырец нельзя, так как на данном этапе он имеет очень высокое содержание влаги и при обжиге просто потрескается. Поэтому кирпичи сначала сушат, процесс сушки является обязательным. В это время влага, содержащаяся в изделиях, перемещается из внутренних областей к поверхности, вступает в соприкосновение с теплым воздухом и испаряется. В результате испарения воды освобождается место между частицами глины. Происходит уменьшение объема изделий или усадка. Температура сушки и обжига, а также темп роста температуры, играют важную роль в процессе изготовления кирпичей. Влага начинает испаряться при нагреве изделия в диапазоне температур 0-150°C. Когда температура нагрева достигает 70°C, давление водяных паров может достичь критических значений, что в свою очередь приведет к возникновению трещин. Рекомендуемый темп роста температуры 50-80°C в час. При этом скорость испарения влаги с поверхности, не будет опережать скорость парообразования внутри изделия. После завершения сушки кирпичи отправляются на обжиг в специальные печи. Завершающая стадия в процессе изготовления кирпичей методом пластического формования - обжиг. Кирпич сырец отправляется в печь, все еще имея небольшое количество влаги, примерно 8-12%. Поэтому в начале обжига происходит досушивание кирпичей. Затем при температурах 550-800°C начинается дегидратация глинистых минералов. Кристаллическая решетка минералов распадается, в результате теряется пластичность глины, происходит усадка изделия. В диапазоне температур 200-800°C выделяются летучие органические примеси глины и добавки. При этом темп роста температуры обжига достигает значений в 300-350°C в час. Далее некоторое время температуру выдерживают до полного выгорания углерода. Дальнейшее повышение температуры, более 800°C, приводит к структурному изменению изделия. На этом этапе темп увеличения температуры составляет 100-150°C в час -- полнотелые кирпичи и 200-220°C в час -- пустотелые. После того как достигнута максимальная температура обжига, происходит выдерживание температуры, для равномерного прогрева всего изделия. Затем начинают снижать температуру обжига на 100-150°C. При этом кирпичи еще более усаживаются и деформируются. По достижении температуры ниже 800°C темпы охлаждения достигают значений в 250-300°C в час. Время на обжиг партии изделий при таких условиях составляет примерно 6-8 часов. После обжига структура изделия полностью меняется. Теперь это камневидный предмет, водостойкий, прочный, устойчивый к перепадам температур.

При полусухом прессовании - В отличие от метода пластического формования, при изготовлении кирпича способом полусухого прессования, количество влаги в сформованной массе не превышает 8%, что дает возможность пропустить фазу сушки и сразу перейти к обжигу кирпича. Рассмотрим основные этапы изготовления кирпичей методом полусухого прессования. Первый этап -- приготовление пресс-порошка. Пресс-порошок -- это дисперсная, глинистая система с низким содержанием влаги. Такой массе не свойственна связанность, что обуславливает ее сыпучесть -- скорость стечения через определенное отверстие под действием собственной массы. Для того, чтобы получить максимально уплотненный порошок при минимальном давлении (прессуемость порошка) , он должен иметь определенный зерновой состав (гранулометрический) и влажность. В результате приготовления порошка масса должна иметь однородную пофракционную влажность и минимальное содержание пылевидной фракции. При приготовлении керамических порошков. Сушильно-помольный способ предусматривает дробление, сушку, помол, просев и увлажнение глиняной массы. Для дробления используют валковые дробилки. Затем глину перемалывают стержневыми мельницами. После этого она поступает в сушильный барабан. Входящая температура газов в сушильных барабанах должна быть в пределах 600-800°C. Если температура будет ниже, это приведет к увеличению однородности пофракционной влажности, при этом снизиться производительность барабана. Повышение показателя теплового состояния повлечет за собой дегидратацию мелкой фракции глины и уменьшит срок службы входной секции сушильного барабана. Температура выходящих газов находится в диапазоне 110-120°C. Ее увеличение будет означать пересушку глины. Необходимо отметить, сушат глину прямотоком. При осуществлении данного процесса глина перегреется, произойдет частичная дегидратация и, как следствие, потеря пластических свойств. В результате сушки получается масса с влажностью 9-11% и температурой 60-80°С. После сушки глина поступает в стержневой смеситель на помол. Перед этим ее просеивают для отделения крупных зерен и каменистых включений, что предотвращает преждевременный износ стержней смесителя. Не всегда после помола достигается необходимая влажность порошка. Поэтому сушат и перемалывают глину при пониженной влажности. Затем содержание влаги увеличивают паром или распылением воды. Для того, чтобы порошок не переувлажнялся, вода распыляется, а масса его тщательно перемешивается. Увлажнение паром позволяет улучшить качество кирпича. После этого порошок подвергают вылеживанию в бункерах для выравнивания влажности. Второй этап -- это прессование. При прессовании керамический порошок проходит несколько стадий. Сначала происходит уплотнение -- сближение частиц вещества друг к другу, при этом часть воздуха удаляется. На второй стадии увеличивается поверхность контакта частиц друг с другом путем пластической деформации. При этом на поверхность такой частицы выдавливается влага. Все это приводит к усилению сцепления между частицами вещества. На третьей стадии в результате уплотнения частицы подвергаются упругой деформации. И последняя стадия прессования происходит при очень высоком давлении и вызывает хрупкое разрушение частиц порошка. И, наконец, заключительный этап производства - обжиг. Необходимо отметить, что в сырце при полусухом прессовании коллоидная фракция действует внутри частиц вещества. Поэтому она не цементирует частицы, а агрегирует зерна минералов в глинистую частицу. Как следствие этого, жидкая фаза при обжиге развивается внутри глиняных агрегатов, а на их поверхности образуется малое количество жидкой фазы. Сцепление частиц при этом носит характер контактного спекания. Изделия, изготовленные методом полусухого прессования, имеют низкое сопротивление на изгиб, обладают повышенной водопроницаемостью, низкой морозоустойчивостью. При таком производстве кирпича требуется более высокая температура обжига. Надо учитывать большие потери на брак (10-20%) , хотя качество внешнего вида кирпича очень высокое.

Классификация керамических строительных материалов по структуре черепка и по виду отделки поверхности.

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. Большинство строительных керамических изделий - строительный кирпич, черепица, канализационные трубы и др. ) - являются изделиями грубой керамики. У изделии грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородное). У изделий тонкой керамики излом черепка имеет микрооднородное 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 отделки поверхности. Современный керамический кирпич может быть практически любым, от белого до черного, и даже неоднородного цвета. Если для строительного кирпича цвет не принципиален, то для лицевого - это один из главных параметров. Цвет зависит прежде всего от технологии обжига, а также от состава, качества и цвета глины-сырца. Лицевой кирпич и камни из красножгущихся глин изготовляют по той же технологии, что и обычные стеновые кирпичи и камни, соблюдая строгие требования к однородности сырья, ровности цвета обожженного изделия и правильности его формы. Подбирая состав керамической массы и регулируя режим обжига, можно получить кирпич белого, кремового, коричневого цветов. Двухслойный кирпич формуют из местных красных глин и лишь лицевой состав (3 - 5 мм) из белых неокрашенных или окрашенных глин. Почти любой оттенок можно получить с помощью ангоба и глазури. Ангоб - это тонкий декоративный слой из белой или цветной глины, который перед обжигом наносится на отформованное изделие. Глазурь - цветной стекловидный слой на поверхности кирпича, имеющий характерный блеск. Глазурь получается следующим образом: специально подобранной минеральной смесью покрывают уже обожженный кирпич, после чего изделие вновь помещают в печь (технология двухслойного формования). Благодаря двойному обжигу уменьшается водопоглощение кирпича, а значит, повышается его стойкость к воздействиям атмосферы. Для получения кирпича с блестящей цветной поверхностью на обожженную глину наносят глазурь (специальный легкоплавкий состав, в основе которого - перемолотое в порошок стекло), а затем проводят вторичный обжиг уже при более низкой температуре. После этого образуется стекловидный водонепроницаемый слой, обладающий хорошим сцеплением с основной массой и, как следствие, повышенной морозостойкостью. Глазурованный кирпич позволяет выкладывать мозаичные панно, как в помещении, так и со стороны улицы. Технология получения ангобированного кирпича (его еще называют «двухслойным» или «цветным») отличается тем, что цветной состав наносят на высушенный сырец и обжигают только один раз. Само декоративное покрытие тоже другое. Ангоб состоит из белой или окрашенной красителями глины, доведенной до жидкой консистенции. Если температура обжига подобрана правильно, он дает непрозрачный, ровный слой матового цвета. Торкретированный кирпич изготовляют из легкоплавких глин. Фактуру лицевой поверхности у такого кирпича получают нанесением на ложковую и тычковую поверхности бруса стекло-крошки, песка, фарфора, шамота, артикского туфа. Для офактуривания используют специальную установку, размещенную после мундштука пресса. Выходящий из ленточного пресса брус попадает в зону действия пескоструйных форсунок. Крошка, вылетая из сопл, вдаливается в лицевые поверхности бруса, после чего она дополнительно прижимается обрезиненным валком. Давление воздуха в пескоструйном аппарате должно быть не ниже 0,25 МПа, а расстояние сопл форсунок от поверхностей бруса -- 20. . . 30 см. Расход крошки на офактуривание 1000 шт. кирпича составляет 40. . . 50 кг. Майоликой принято называть материалы получаемые из красножгущихся глин с последующим глазурованием. Терракотой принято называть крупноразмерные облицовочные плиты и архитектурные детали, получаемые из пластичных глиняных масс. Для расширения цветовой гаммы производители смешивают глины нескольких видов, добавляют в сырьевую смесь красители.

2. Виды и характеристики эффективных стеновых керамических материалов

По плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на три группы: Обыкновенные - с плотностью более 1600 кг/м3; Условно - эффективные - с плотностью 1400-1600 кг/м3; Эффективные - с плотностью не более 1400-1450 кг/м3. К эффективным стеновым материалам относятся также пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовляемые из диатомитов и трепелов и имеющие плотность: Класс А - 700-1000 кг/м3; Класс Б - 1001-1300 кг/м3; Класс В более 1301 кг/м3. Эффективные стеновые керамические изделия. Пустотелый кирпич пластического формования имеет сквозные щелевидные или круглые отверстия, а полусухого прессования -- сквозные или несквозные пустоты различной формы. Пористо-пустотелый кирпич получают аналогично пустотелому, но в состав керамической массы вводят выгорающие добавки. В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000-- 3000 см /г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных условиях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива 4200--12500 кДж/кг (1000-3000 ккал/кт). В глиняную массу вводят 15-- 45 % золы ТЭС. Выгорающие добавки выгорают при обжиге изделий. К таким добавкам относятся: древесные опилки, каменные и бурые угли, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, гидролизный лигнин и др. Количество добавок в шихте составляют 2,5-15 % по объему. Флюсующие добавки (плавни) снижающие температуру обжига изделий в результате взаимодействия с основной керамической массой и образованием легкоплавких соединений, способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки нефелин-сиенитовый концентрат, перлит, доломиты, диабазы, атьбитофиры, полевые шпаты и др. Керамические стеновые камни выпускают больших размеров и объемов, чем кирпич. Технология производства их незначительно отличается от технологии пустотелого кирпича пластического формования. По плотности эти виды кирпича и камней подразделяют на условно-эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен, и эффективные, позволяющие уменьшить толщину стен по сравнению с толщиной стен из обыкновенного кирпича. Наличие пустот не только снижает плотность и массу таких изделий, но и ускоряет процессы их сушки и обжига, так как изделие прогревается быстрее и равномернее через наружные и внутренние поверхности. Пустоты в керамических камнях могут быть сквозными и несквозными, а также иметь параллельную и перпендикулярную ориентированность. Камень керамический подразделяется на три вида: облицовочный, строительный и специального назначения. Последний применяется при строительстве канализационных сооружений, кладки промышленных дымовых труб, а также для футеровки труб. Строительный керамический камень может быть двух видов: поризованным и непоризованным. Поризованный камень используется при укладке стен и внутренних перегородок, они имеет меньший вес, чем полнотелый, благодаря чему уменьшается давление на фундамент. Этот стройматериал имеет низкий коэффициент теплопроводности, что позволяет возводить более тонкие стены. Кроме того, снижается время кирпичной кладки и расход раствора. Качественные пустотелые камни при ударе издают звон, если вместо него слышится глухой звук - изделие бракованное. Непоризованный керамический камень находит применение при строительстве несущих конструкций и фундамента. Особое внимание при выборе такого материала необходимо уделить коэффициенту его морозостойкости, которая должна быть не ниже F35. Облицовочный керамический камень используется для фасадной отделки здания и при реставрационных работах. Такой материал имеет гладкие лицевые поверхности, обладает морозостойкостью и высокой прочностью. Ассортимент лицевого камня представлен продукцией разнообразных цветов и фактур. Керамический камень различается также по размерам: одинарный, полуторный и двойной. Обрабатывается он при помощи обычных строительных инструментов, а стены из такого материала легко поддаются штукатурке. Основным достоинством керамического камня, помимо отличных эксплуатационных характеристик, является его экологичность. Он не содержит вредных для здоровья человека химических примесей или выделений. В помещениях, построенных из керамического камня, всегда свежий воздух, а стены остаются сухими, поэтому на них исключено образование грибков и плесени. Поэтому пустотелые кирпич и камни имеют меньше дефектов, а прочность (марка) их, несмотря на большой процент пустот (до 37 %), такая же, как у обыкновенного кирпича, кроме камней с горизонтальными пустотами, у которых марка значительно ниже (25. . . 50). Пустотелые кирпич и камни применяют наравне со сплошным, за исключением кладки фундаментов, подземных частей стен, печей, дымовых каналов и стен помещений с влажным режимом эксплуатации. Кирпич строительный легкий изготовляют из сырьевой массы, основу которой составляют легкие пористые кремнеземистые породы (диатомит, трепел) с выгорающими добавками. Применяют легкий кирпич для стел зданий с нормальной влажностью

3. Сырьевые материалы для получения керамических строительных материалов и изделий

Сырьевые материалы для изготовления изделий строительной керамики разделяются на две основные группы: - глинистые (пластичные); - непластичные.

Глинистые материалы (глины и каолины) - основное сырье. Непластичные материалы в зависимости от их роли в технологическом процессе делят на: - отощающие и флюсы (плавни). Глина -- это продукт многолетнего разрушения полевошпатовых горных пород по реакции каолинизации:

R2ОАl2Оз6SiO2+CO2+2Н20=Аl2032SiO22Н20+К2С03+4SiO2.

Глинами называются землистые обломочные горные породы, способные с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму. Согласно классификации сырье разделяется по размерам: глинистые частицы менее 0,005 мм; пылеватые - 0,050-0,005 мм; песчаные - 0,05-2,00 мм. Глинистые породы наиболее распространенная в природе группа осадочных пород (около 50 %). Глины содержат примеси других минералов. По вещественному составу (т. е. соотношению глинистых минералов и примесей) глинистое сырье разделяется на группы: глина, суглинок, супеси, лессы, мергель. Глина - природный землистый, тонкозернистый материал, содержащий 30 % и более глинистых частиц. Чаще всего глины полиминеральны, но могут быть сложены преимущественно и одним глинистым минералом. Суглинки -- тонкозернистая глинистая порода, содержащая 10-30 % глинистых частиц (глина, окрашенная бурым железнякои и содержащая кварц). Лесс - пылевидный кварцевый песок на глинисто-известковой связке. Глины и суглинки с большим содержанием пылеватых частиц относятся к лёссовидным, в них содержание СаС03 более 10 % (до 15-20 % и более от общего веса). Лессы - разновидность глинистых материалов , состоящие из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений. Супеси - это мелкообломочные горные породы с небольшим содержанием глинистых минералов от 3 до 10 %. Мергель - древняя порода, богатая углекислой известью глина. Пылеватые определяют основные свойства глинистых пород. Сланец - тонкослоистая порода, содержащая незначительное количество глинистых частиц, они обладают большей плотностью, чем глины. В измельченном виде после затворения водой сланцы обладают пластичностью и формующей способностью. Образуются из глин путем уплотнения без существенных химических и минералогических изменений. Отходы углеобогащения обладают недостаточно стабильными свойствами, но могут использоваться как основное сырье в производстве кирпича и керамических камней. Содержание оксидов в зависимости от месторождения, %: SiO255--63; А120з 17-23; Fе203 3--11; СаО до 3,8; R20 до 2,7; содержание угля в пересчете на С 5-- 25. Отходы углеобогащения Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского, Печерского,Экибастузского и других бассейнов относятся и группе с содержанием -- 70 % глинистых минералов. Золы ТЭС состоят в основном из кислого алюмосиликатного стекла, аморфизированного глинистого вещества, кварца, полевого шпата, муллита, магнетита, гематита и остатков топлива. По нормам допустимое содержание остатков горючих в золе-уносе ТЭС должно находиться, % от массы золы: бурых углей и сланцев менее 4, каменных углей 3--12, антрацита 15--25. В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000-- 3000 см 2/г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных условиях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива 4200--12500 кДж/кг (1000-3000 ккал/кг). В глиняную массу вводят 15-- 45 % золы ТЭС. Предпочтение следует отдавать золам с низким содержанием СаО+Мg0 и температурой размягчения до 12000С. Отощающие материалы вводят в массы для уменьшения усадки при сушке и обжиге изделий для сохранения формы изделия в процессе его изготовления, облегчить и ускорить процессы сушки и обжига. Флюсы улучшают спекание керамического черепка при обжиге, снижают температуру обжига. Для производства обыкновенного строительного кирпича применяют всевозможные простые сорта легкоплавких песчанистых глин, а иногда и мергелистые глины, не содержащие вредных примесей грубых камней, известковых “дутиков”, колчедана, гипса, крупных включений органических веществ и т. п.

4. Классификация глинистых материалов по вещественному составу

Минералогический (вещественный) состав включает глинистое вещество и примеси. Глинистое вещество - комплекс глинообразующих минералов, главнейшие из которых - каолинит, монтмориллонит и гидрослюда. К глинистым минералам также относятся галлуазит, монотермит, бейделлит и др. Каолинит имеет частицы размером 1-3 мкм, он не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке быстро отдает влагу. Каолины с небольшим количеством примесей огнеупорны, умеренно- и малопластичны, имеют светлую окраску. Сист= - 1. 8-2. 2 г/см3, в кислой среде устойчив. Монтмориллонит - имеет частицы размером менее 1 мкм. Интенсивно поглощает воду, прочно ее удерживает и трудно отдает при сушке. При увлажнении сильно набухает и может увеличиться в объеме до 16 раз, легкоплавок, высокопластичен. Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы называются бентонитами. Бентониты - высокопластичны, дают значительную воздушную усадку, склонны к трещинообразованию при сушке и к вспучиванию при обжиге. Используются в качестве добавки для повышения пластичности и связующей способности. Гидрослюда имеет в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Размеры частиц - в пределах 1 мкм. Гидрослюды умеренно- или среднепластичные, имеют пониженную температуру спекания. В зависимости от преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-каолинитовые, монтмориллонито- гидрослюдистые и полиминеральные, которые содержат три и более глинистых минералов. Монотермит - тонкая механическая смесь гидрослюды и каолинита. Набухаемость и водопоглощение сильнее чем у каолинитов, является пластичной огнеупорной глиной. Примесями являются все составные части глинистой породы, не обладающие свойствами глинистых минералов. Примесями могут быть: - карбонатные включения; - железистые минералы; - щелочные оксиды; - органические примеси; - гипс; - растворимые соли; - слюда.

5. Понятие «глина», ее происхождение. Причины разложения полевошпатовых пород

Впервые слово «керамика» появилось в языке эллинов и произошло от слова «керамос» (по гречески - глина). Глимна -- мелкозернистая осадочная горная порода, пылевидная в сухом состоянии, пластичная при увлажнении. Глины образовались в результате естественного выветривания магматических полевошпатовых горных пород - в основном гранитов, вулканического стекла, туфов, порфиритов, а также за счет разрушения метаморфических пород (гнейсов). Полевые шпаты в результате выветривания превращаются в глинистое вещество, которое образуется в основном в виде минералов каолинита по следующей схеме:

К20. Al2O3. 6SiO2+2H2O+CO2 = Al2O3. 2SiO22H2O+К2C03+4SiO2.

Причинами такого разложения полевошпатовых пород являются физическое (колебания температур, замерзание воды, кристаллизация солей), химическое (под действием кислорода воздуха, углекислоты, воды, органических кислот) и биологическое (жизнедеятельность микроорганизмов) выветривания. Минералы коры выветривания образуются двумя путями - синтетическим, например преобразованием полевого шпата в отдельные окислы - Al2O3 и SiO2 и коагуляцией этих окислов в минерал состава каолинита и путем гидролиза первичных минералов. Так как граниты составляют примерно 2/3 всех изверженных пород (т. е. их имеется в природе значительно больше, чем других), то в осадочных породах имеется наибольшее количество глин (как продукта распада наиболее распространенных минералов магматических пород - полевых шпатов, например, ортоклаза, альбита, анортита). Подсчитано, что земная кора состоит из 95 % магматических пород и 5 % осадочных, из которых 4 % составляют только глины. Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой и льдом или ветром в другие места. В 1-ом случае глины называют остаточными или первичными (элювиальными), во 2-м - осадочными или вторичными. Первичные глины характеризуются непостоянством состава. Их гранулометрический состав меняется от тонкодисперсных (пылевидных) в верхней части залежи до грубодисперсных (зернистых) - в нижней, еще ниже остаточные глины постепенно переходят в неразложившиеся материнские (полевошпатовые) породы. Вторичные глины обычно более равномерны по составу и свойствам. Различают делювиальные, ледниковые и лессовидные осадочные глины. Делювиальные - перенесены дождевыми или снеговыми водами, обычно недалеко от мест их происхождения. Для месторождении этих глин характерны слоистые напластования, неоднородный состав и засоренность мелкими примесями. Ледниковые глины перенесены ледником, эти глины залегают обычно линзами, бывают сильно засорены каменистыми включениями от крупных валунов до мелкой щебенки. Лессовидные (эоловые)- перенесены ветром, они располагаются преимущественно на границе бывших пустынь. Глины характеризуются однородностью состава, высокой дисперсностью и сильно пористым строением. Первичная глина перемещаясь одним из способов (элюв. , делюв. , флювио-глац. , эоловых процессов), например водой могла освобождаться от первоначальных примесей и отложившись в новом месте в более чистом виде образовала каолины. Каолины отличаются высоким содержанием минерала каолинита, высокой огнеупорностью, незначительным содержанием красящих окислов, вследствие чего после обжига приобретают преимущественно белый цвет. Глины с пониженным содержанием плавней и красящих оксидов выделяются в особый вид - огнеупорные глины, а глины, содержащие значительное их количество становятся легкоплавкими - обыкновенные глины. По области применения в промышленности чистые белые каолины и некоторые огнеупорные глины (беложгущиеся) входят в группы фарфоровых и фаянсовых, огнеупорные - в группы трубочных, клинкерных, терракотовых, а легкоплавкие - в группы гончарных, кирпичных, черепичных, керамзитовых глин. Отложенные глинистые породы с течением времени уплотняются, пропитываясь различными растворимыми в воде солями и клеящими веществами (например, продуктами гниения и разложения растительности) и таким образом цементируются в глинистую породу. В зависимости от свойств цементирующих пленок глинистые породы могут распускаться в воде или быть водопрочными. Кроме каолинитовых глин, в природе широко распространены гидрослюдистые глины. Они образовались в результате выветривания силикатных пород в условиях влажного климата и являются продуктами химического выветривания. Главные породообразующие минералы - гидрослюда (иллит), в том числе - глауконит, второстепенные - каолинит, монтмориллонит. Бентонит - образовался путем выветривания эффузивных горных пород: туфов, вулканических пеплов, состоит в основном из минералов монтмориллонитовой группы

6. Минералогический состав глин

Минералогический (вещественный) состав включает глинистое вещество и примеси.

Глинистое вещество - комплекс глинообразующих минералов, главнейшие из которых - каолинит, монтмориллонит и гидрослюда. К глинистым минералам также относятся галлуазит, монотермит, бейделлит и др.

Каолинит имеет частицы размером 1-3 мкм, он не способен присоединять и прочно удерживать большое количество воды, при сушке быстро отдает влагу. Каолины с небольшим количеством примесей огнеупорны, умеренно- и малопластичны, имеют светлую окраску. Сист= 1. 8-2. 2 г/см3, в кислой среде устойчив.

Монтмориллонит - имеет частицы размером менее 1 мкм. Интенсивно поглощает воду, прочно ее удерживает и трудно отдает при сушке. При увлажнении сильно набухает и может увеличиться в объеме до 16 раз, легкоплавок, высокопластичен.

Глинистые породы, в которых преобладают монтмориллонитовые минералы называются бентонитами. Бентониты - высокопластичны, дают значительную воздушную усадку, склонны к трещинообразованию при сушке и к вспучиванию при обжиге. Используются в качестве добавки для повышения пластичности и связующей способности.

Гидрослюда имеет в своем составе оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Размеры частиц - в пределах 1 мкм. Гидрослюды умеренно- или среднепластичные, имеют пониженную температуру спекания.

В зависимости от преобладания того или иного глинистого минерала различают глины каолинитовые, гидрослюдистые, монтмориллонитовые, гидрослюдисто-каолинитовые, монтмориллонито-каолинитовые, монтмориллонито-гидрослюдистые и полиминеральные, которые содержат три и более глинистых минералов.

Монотермит - тонкая механическая смесь гидрослюды и каолинита. Набухаемость и водопоглощение сильнее чем у каолинитов, является пластичной огнеупорной глиной.

Примесями являются все составные части глинистой породы, не обладающие свойствами глинистых минералов. Примесями могут быть карбонатные включения, железистые минералы, щелочные оксиды, органические примеси, гипс, растворимые соли, слюда.

Гранулометрический (зерновой) состав - количественное соотношение частиц разного размера, фракций, выраженное в % по массе.

Фракция - группа частиц одного размера. Гранулометрический характеризуется содержанием в них глинистой фракции (мельче 0,005 мм), пылеватых частиц (0,005-0,14 мм) и песка (0,14-5 мм). Соотношение между этими фракциями определяет такие свойства, как пластичность, связность, усадку, чувствительность к сушке.

7. Химический состав глин

Химический состав глин характеризует их пригодность для производства различных глин для производства изделий определенных видов. Химический состав глин представляют следующими оксидами: кремнезем в глинах 50-65 , в запесоченных глинах -80-85%; глинозем от 14 до 45 % и выше, является тугоплавким оксидом, с повышением его содержания возрастает огнеупорность глин.

В зависимости от содержания оксидов алюминия глины подразделяются на высокоглиноземистые (свыше 45%), высокоосновные (38-45%), основные (28-38%), полукислые (14-28%) и кислые (менее 14%). В производстве изделий строительной керамики обычно используют основные и полукислые глины.

Оксиды щелочноземельных металлов: СаО-0,5-20 %, МgО - 0,2-4%, способствуют спеканию глин (3-4%), при больших количествах - повышают пористость черепка. Щелочные оксиды - Nа2О+К2О-5-6%, снижают водопоглощение глин. Оксиды железа -2-14%. Диоксид титана - не более 1,5 %. ППП -3-15 %. SO3 - не более 0,8 %.

Глинистую часть составляет особая группа минералов - тонкозернистые водные алюмосиликаты, которые и определяют основные свойства глин. Этим минералам присущи слоистые структуры - они состоят как бы из множества слоев особого строения и обладают спайностью.

В зависимости от строения слоев основные глинистые минералы подразделяют на группы:

1) минералы из двухэтажных слоев - одного тетраэдрического и одного октаэдрического; слои образуют структуры минералов каолинитовой группы (каолинит, диккит, накрит, галлуазит);

2) минералы из трехэтажных слоев - двух тетраэдрических и заключенного между ними одного октаэдрического слоя; к ним относятся минералы групп: монтмориллонитовой (монтмориллонит, нонтронит), вермикулитовой (вермикулит) и гидрослюдистой (гидромусковит, иллит, глауконит);

3) минералы из пакетов, сложенных из одного одноэтажного (октаэдрического) и одного трехэтажного слоев; к ним относятся минералы хлоритовой группы (хлорит);

4) особую группу глинистых минералов образуют минералы-сростки, представлющие собой сочетание структур из двух- и трехэтажных слоев (монотермит, бейделлит). В зависимости от того, какой элемент преобладает в тетраэдрах, возникают многочисленные разновидности монтмориллонита: Na - бентонит; Аl -- монтмориллонит; Мg - сапонит; Fе - нонтронит (Н2Fе2Si209) железистый эквивалент каолинита.

8. Гранулометрический состав глин

Глины образовались в результате естественного выветривания магматических полевошпатовых горных пород - в основном гранитов, вулканического стекла, туфов, порфиритов, а также за счет разрушения метаморфических пород (гнейсов).

Полевые шпаты в результате выветривания превращаются в глинистое вещество, которое образуется в основном в виде минералов каолинита по следующей схеме:

К20. Al2O3. 6SiO2+2H2O+CO2 = Al2O3. 2SiO2. 2H2O+К2C03+4SiO2

Причинами такого разложения полевошпатовых пород являются физическое (колебания температур, замерзание воды, кристаллизация солей), химическое (под действием кислорода воздуха, углекислоты, воды, органических кислот) и биологическое (жизнедеятельность микроорганизмов) выветривания.

Минералы коры выветривания образуются двумя путями - синтетическим, например преобразованием полевого шпата в отдельные окислы - Al2O3 и SiO2 и коагуляцией этих окислов в минерал состава каолинита и путем гидролиза первичных минералов.

Так как граниты составляют примерно 2/3 всех изверженных пород (т. е. их имеется в природе значительно больше, чем других), то в осадочных породах имеется наибольшее количество глин (как продукта распада наиболее распространенных минералов магматических пород - полевых шпатов, например, ортоклаза, альбита, анортита).

Подсчитано, что земная кора состоит из 95 % магматических пород и 5 % осадочных, из которых 4 % составляют только глины.

Образовавшиеся глинистые минералы в зависимости от местных условий либо оставались на месте образования, либо переносились водой и льдом или ветром в другие места. В 1-ом случае глины называют остаточными или первичными (элювиальными), во 2-м - осадочными или вторичными.

Гранулометрический состав глин. В состав глины входят различные по крупности частицы: 5,0--0,14 мм -- песчаные фракции; 0,14--0,005 мм -- пылевидные фракции и мельче 0,005 -- глинистые фракции. Огнеупорные глины являются высокодисперсными, содержание в их составе фракций меньше 0,001 мм составляет 60--80%- В легкоплавких глинах преобладают фракции 0,01--0,005 и 0,005--0,001 мм, содержание же фракций с размером зерен меньше 0,001 мм редко превышает 50%, а иногда их содержание составляет 6--10%- Большое влияние на связующую способность глин и их усадку оказывают фракции меньше 0,001 мм.

Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше пластичность. Пластичность можно повысить добавлением высоко-пластичных глин. Понизить пластичность можно добавлением непластичных материалов, называемых отощителями,-- кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок, крошки угля.

9. Классификация глинистого сырья по основным признакам

керамический строительный глина полевошпатовый

Глинистое сырье классифицируется по огнеупорности, по содержанию красящих окислов, по степени спекаемости, по пластичности, по содержанию тонкодисперсных и крупнозернистых фракций, по структуре, степени уплотнения, текстуре и т. д.

По огнеупорности: высокоогнеупорные - температура плавления - выше 20000С; огнеупорные - 1580-20000С; тугоплавкие - 1350-15800С; легкоплавкие - до 13500С.

По содержанию красящих оксидов Al2O3+TiO2 в прокаленном состоянии: высокоосновное - с содержанием Al2O3+TiO2 - более 40 %; основное - 30-40%; полукислое - 15-30%; кислое - менее 15 %.

По степени спекаемости: сильноспекающиеся с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 13000С (не более 2%); среднеспекающиеся с водопоглощением черепка, обожженного при температуре 1100-13000С (не более 5%); неспекающиеся - неспособное давать спекшийся черепок (с водопоглощением черепка не более 5%).

По степени пластичности: высокопластичные с числом пластичности более 25; средней пластичности - 15-25; умереннопластичные - 7-15; малопластичные - до 7; непластичные - неспособное при затворении водой давать пластичное тесто.

Группы глин в зависимости от содержания тонкодисперсных фракций, %

По содержанию крупнозернистых фракций: сырье с низким содержанием включений - не более 1% частиц размером более 0,5 мм; со средним -1-5%; с высоким - свыше 5 %.

В зависимости от размера включений: с мелкими включениями - менее 1 мм; со средними - 1-5 мм; с крупными - свыше 5 мм.

В зависимости от вида включений: с кварцевыми; железистыми; карбонатными; гипсовыми; органическими.

По структуре, определяемой характером излома: грубозернистые, тонкозернистые, плотные, пористые.

По текстуре: однородные, неоднородные (пестрые), слоистые.

По степени уплотнения и отвердевания: камнеподобные (обезвоженные толщи глин, аргиллиты, глинистые сланцы), пластичные, рыхлые (глины и суглинки).

По структурно-текстурным особенностям среди глин можно выделить алевролитовые разновидности (с преобладанием зерен крупностью от 0,001 до 0,1 мм), содержание обломочного материала в которых изменяется от 0,08 до 35 %.

Чистые глины имеют оптически-ориентированные и спутанно-волокнистое строение.

В бентонитовых глинах хорошо выражена реликтовая (древних эпох) пепловая структура.

Цвет глин меняется в большой гамме - от чисто белого до черного в зависимости от вида и количества примесей.

Лессы - разновидность глинистых материалов, состоящие из пылеватых частиц с большим количеством известковых включений - до 15-20 % и более от общего веса.

10. Пластичность глин и классификация глин по пластичности

Пластичностью глин называется их способность давать при затворении водой тесто, которое под воздействием внешних усилий может принимать любую форму и сохранять ее после прекращения действия внешних усилий. Под водой затворения подразумевают количество воды, необходимое для придания глине нормальной рабочей консистенции, выражаемой в % от массы сухой глины. К навеске прибавляют воду при непрерывном постепенном перемешивании массы, пока глина не приобретает нормальной влажности. Для определения нормальной влажности глиняного теста пользуются прибором с иглой. При добавлении к глине более 28--30% воды глина теряет пластичность и превращается в жидкую текучую массу -- шликер.

Количественной мерой пластичности (ГОСТ 9169--59) является разность влажностей между нижней границей текучести W1 и границей раскатывания глины в жгут W2.

Число пластичности П вычисляют по формуле

П= W1- W2

где W1 -- влажность глиняной массы при нижней границе текучести, %; W2-- влажность глиняной массы при верхней границе раскатывания, %

За число пластичности принимается среднее арифметическое двух определений.

В зависимости от числа пластичности П глины делятся на пять классов: высокопластичные с числом пластичности более 25. среднепластичные -- от 15 до 25, умеренно-пластичные -- от7 до 15, малопластичные -- менее 7 и непластичные, не образующие пластичного теста.

11. Добавки-регуляторы свойств глинистых пород

В производстве стеновой керамики в зависимости от природных свойств глины используют следующие виды добавок: отощители, пластификаторы, флюсующие (плавни), топливосодержащие, регулирующие высолы на его поверхности, окрашивающие. В большинстве случаев введение добавок оказывает комплексное влияние.

В качестве отстающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, тонкомолотый шлак, золу ТЭС и др. в количестве от 10 до 30 % по массе.

Кварцевый песок -- распространенный отощитель. При

обычных температурах обжига изделий он не взаимодействует с расплавом и тем самым способствует устойчивости изделий при сушке и обжиге.

Древесные опилки армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, повышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. Более эффективно применять 5--10% опилок в сочетании с минеральными отощителями.

Отвальные и гранулированные шлаки черной и цветной металлургии, топливные шлаки снижают чувствительность сырца к сушке, повышают трещиностойкость и улучшают процесс обжига.

добавок сводится к измельчению или просеиванию их до заданного зернового состава.

Пластифицирующие добавки используют для придания

малопластичному (тощему) глинистому сырью необходимой

формуемости, улучшения сушильных свойств и получения прочных

изделий. В качестве пластифицирующих и одновременно обогащающих добавок применяют высокопластичные, тонкодисперсные, огнеупорные или тугоплавкие глины, отходы добычи и обогащения углей, бентонитовые глины, а также органические и ПАВ, электролиты. СДБ, технический лигнин, триэтаноламин. Высокопластичные глины добавляют в количестве до 5 %, лигносульфонаты в виде растворов - 0,3-0,5 % в расчете на сухое вещество. Они повышают пластичность сырья благодаря образованию на поверхности глинистых частиц адсорбционных пленок, играющих роль смазки. Наиболее эффективный способ введения пластифицирующих добавок -- в виде шликера или суспензии вместе с водой затворения.

В качестве корректирующих шихту добавок в производстве изделий стеновой керамики могут использоваться экологически безвредные отходы производства и специально приготовленные добавки [8, 13, 14].

Выгорающие добавки выгорают при обжиге изделий. К таким добавкам относятся: древесные опилки, каменные и бурые угли, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС, гидролизный лигнин и др. Количество добавок в шихте составляют 2,5-15 % по объему.

Флюсующие добавки (плавни) снижающие температуру обжига изделий в результате взаимодействия с основной керамической массой и образованием легкоплавких соединений, способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки нефелин-сиенитовый концентрат, перлит, доломиты, диабазы, атьбитофиры, полевые шпаты и др.

К окрашивающим добавкам относит тонкомолотые светложгущиеся глины, марганцевые, железные н фосфорные руды, карбонатные породы и др.

12. Примеси в глинах

Химический состав глин колеблется в широких пределах, и входящие в состав глин оксиды по разному влияют на процесс получения конечные свойства керамики.

В глинах наиболее характерных видов содержится (в % по массе): кремнезема - 46-85, глинозема - 10-35, оксида железа - 0,2-10, диоксида титана - 0,2-1,5, оксидов щелочных металлов - 0,1-6, сернистого ангидрида - 0-0,5, потери при прокаливании (п. п. п. ) - 8-14.

Примеси в глинах находятся в виде тонкодисперсных частиц либо включений и оказывает существенное влияние как на формовочные свойства глин, так и на свойства готовых изделий.

Кварцевый песок, количество которого может достигать в глинах по массе 60%, ухудшает пластичность, связующую способность глин и повышает трещинообразование на стадии охлаждения в процессе обжига, что, в свою очередь, приводит к снижению прочности и морозостойкости готовых изделий.

Оксид алюминия (глинозем - А1203) при повышенном его количество в глине приводит к увеличению температуры обжига и интервала спекания. А изделия с низким содержанием глинозма обладают невысокой прочностью.

Наличие железистых примесей (оксидов и гидроксидов железа, лимонит, пирит, сидерит) придает обжигаемым изделиям в зависимости от их количества цвет от светлокремового до красно-бурого. Глины с повышенным содержанием красящих оксидов железа могут слуюить природными пигментами: до 25% гидроксида железа - желтая охра, до 40% оксида железа -красная охра, до 60% оксида железа - яркокрасный сурик и др. В определенных количествах железистые соединения повышают количество керамических изделий, а также указывают на способность глин к вспучиванию.