Тема 4. Керамические материалы и изделия

Керамика является первым искусственным материалом, полученным человечеством на заре развития цивилизации. На­блюдения за поведением вла-жного жирного грунта на берегу реки, в котором в мельчайших подробностях отпечатывались и сохранялись следы ног и предметов, привели к пониманию пла­стических свойств глинистого сырья. Многообразие эстетических и техни-ческих достоинств стро­ительной и отделочной керамики в полную силу проя-вилось в грандиозных градостроительных комплексах крепости Дур-Шар-Ру-кин, одном из семи чудес света — «висячих садах» Се­мирамиды.

Русское керамическое искусство наиболее ярко расцвело в молодом Мо-сковском государстве. Широко используя гжель­скую и другие местные гли-ны, московские мастера наряду с кирпичом производили кровельную черепи-цу и характерные для русской керамики того времени рельефные глазурован­ные и терракотовые печные изразцы, которые также приме­нялись для укра-шения фасадов домов и отделки интерьеров. Появившиеся фигурные керами-ческие изделия использовались при сооружении таких памятников русского зодчества, как храм Василия Блаженного на Красной площади в Москве, шат-ро­вая церковь Вознесения в Коломенском и др.

По структуре различают керамические изделия с порис­тым, имеющим водопоглощение более 5%, и спекшимся че­репком, с водопоглощением менее 5%.

По однородности и зернистости керамического черепка различают из-делия грубой, имеющей на изломе зернистое стро­ение — макронеоднородное, и тонкой керамики.

По конструктивному назначению керамические изделия делят на худо-жественно-бытовые (посуда, изделия бытового и художественного назначе-ния, сувенирные изделия и др.), стеновые (кирпич, камни, блоки, панели), кровельные (чере­пица), облицовочные, керамические трубы и др.

По способу производства различают изделия пластичес­кого формова-ния, полусухого прессования и литьевые.

Сырьевые материалы.

Основные компоненты, входящие в состав керамических масс, подраз-деляются на пластичные и добавочные материа­лы. В качестве пластичного компонента используют глинис­тое сырье, а в качестве добавок — природное минеральное сырье, отходы промышленности и искусственно получаемые ма-териалы.

Глинистое сырье представляет собой природную смесь вод­ных алюмосилика-тных частиц с размером зерен менее 1 мк с примесями, остатки материнской по-роды. Глинистое сырье образуется в процессе естественного выветривания полевых шпатов (ортоклаз — K₂O∙Al₂O₃∙6SiO₂, альбит — Na₂O∙Al₂O₃ ∙6SiO₂, анортит — CaO∙Al₂O₃∙2SiO₂) и слюды, являющихся составной частью горных пород. Этот процесс носит название каолиниза­ции и обусловливается совместным разрушающим действием углекислоты и воды по следующей схеме:

R₂О∙Al₂О₃∙6SiО₂+CО₂+2H₂О=R₂CО₃+Al₂∙О₃∙2SiО₂∙2H₂О+4Si0₂.

В результате этой реакции полевые шпаты превращаются в скопление мел-ких чешуек, материнская порода становится пористой и постепенно рассыпается в порошок, таким обра­зом образуются глинистые минералы. В зависимости от прео-бладающего минерала глинистое сырье делится на гидрослюдистое, каолинитовое, монтмориллонитовое и полиминеральное. Глинистые минералы являют­ся наиболее важной составляющей глинистого сырья, посколь­ку они в увлажненном состоянии образуют пластичное тесто.

Важным свойством глинистого сырья является его зерно­вой состав, который оценивается относительным содержани­ем в породе глинистых (менее 0,001 мм), пылеватых (от 0,001 до 0,14 мм) и песчаных (от 0,14 до 2 мм) фракций. Зерна ве­личиной более 2 мм считаются включениями.

Трехчленная классификация глин позволяет изображать гранулометричес-кий состав глинистой породы графически с помощью треугольной диаграммы (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Тройная диаграмма распределений фракций «глина — пылева-тые — песок».

Химический состав является другой важной харак­теристикой глинистого сырья, в котором принимают участие следующие основные оксиды.

Кремнезем SiO₂ в глинистом сырье присутствует в связан­ном и свобод-ном состоянии. Связанный SiO₂ входит в состав глинообразующих минералов, а свободный — в примесях: квар­цевом песке и шлуфе. Общее количество SiO₂ в глинах состав­ляет 55-65%, а в суглинках достигает 80-85%.

Глинозем А1₂О₃ находится в связанном состоянии, участвуя в составе глинооб-разующих минералов и слюдистых приме­сей. Его содержание в сырье свидетельс-твует о пластичности и огнеупорности. В кирпичных глинах содержание Al₂O₃ колеблется 10-15%, в огнеупорных — 32-35%.

Окислы щелочных металлов (СаО и MgO) присутствуют в виде карбонат-ных (СаСО₃ и MgCO₃) примесей и небольшое количество в составе некоторых глинообразующих минералов. Содержание СаО в глинах составляет от нескольких процен­тов и лишь в отдельных глинах достигает 20-25%, содер­жание MgO не превышает 2-3 %.

Соединения железа в виде оксида железа Fe,O₃, закиси железа FeO и пи-рита Fe₂S присутствуют в составе примесей. Основное действие их на глину — это окрашивание ее в корич­невый цвет и снижение температуры плавления. Их со-держа­ние колеблется от долей процентов в беложгущихся и до 8-10% — кирпи-чных глинах.

Оксиды щелочноземельных металлов (Na₂О, K₂O) входят, в состав неко-торых глинообразующих минералов, но в основ­ном участвуют в составе приме-сей. Их содержание достигает иногда 5-6%.

Органические вещества в глинах — в виде остатков расте­ний и гумусовых веществ.

Основные свойства глинистого сырья.

Глинистое сырье обладает рядом физических, физико-хи­мических, химичес-ких свойств, совокупность которых назы­вается керамическими и предопределяет возможность их ис­пользования в производстве керамики.

Пластичность — свойство глиняного теста деформировать­ся под нагруз-кой без образования трещин и разрывов и сохра­нять приданную форму после сня-тия этой нагрузки. В соответствии с ГОСТ 50298.1 пластичность глин вы­ража-ется числом пластичности (П), которое определяется по формуле:

П = W₁ – W₂, %,

где W₁ — влажность, при которой глина переходит из плас­тичного состояния в текучее, называемая нижней грани­цей текучести;

W₂— влажность, при которой глина переходит из плас­тичного состояния в хрупкое, называемая границей рас­катывания.

В зависимости от значений числа пластичности все гли­ны подразделяются на высокопластичные с числом пластич­ности более 25; среднепластичные — от 15 до 25; умеренно пластичные — от 7 до 15; малопластичные — до 7; неплас­тичные — не способные при затворении водой давать плас­тичное тесто.

Связующая способность определяется количеством (в про­центах от массы глины) нормального (вольского) песка, при введении которого в шихту образуется тесто с числом (интер­валом) пластичности не менее 7. В соответствии с этим глины (в зависимости от количества добавленного в них песка) де­лятся на: а) хо-рошо связующие (жирные) — более 50%; б) пластичные — 20-50; в) тощие — до 20%.

В процессе изменения влагосодержания глины способны изменять свой объ-ем (набухать или проявлять усадку). Воздушная усадка (усушка) глин связана с уда-лением воды из свежеотформованного сырца в процессе сушки при температурах до 110°С. Линейная воздушная усушка глин а выражается формулой

где — начальная длина свежеотформованного образца, мм;

— длина высушенного образца, мм.

Объемная воздушная усушка рассчитывается аналогично по формуле с объемами.

Воздушная усушка различных глин может колебаться в широких пределах, так у высокопластичных глин она превы­шает 10%, у среднепластичных составля-ет 6—10, у малоплас­тичных — менее 6%.

В зависимости от вида глин их линейная огневая усадка колеблется в преде-лах 2-8%, а полная (суммарная воздушная и огневая) — в пределах 5-18%.

Спекание — это процесс уплотнения черепка в процессе обжига, характе-ризуемый водопоглощением материала, кото­рое должно быть не более 5% для спекшейся керамики. Тем­пературный интервал от начала спекания до начала плав-ления называется интервалом спекания глин и характери­зует их плавкость или огнеупорность, которая устанавливает­ся с помощью конусообразных образ-цов — пироскопов. Для получения плотного черепка этот интервал должен быть не менее 100°С, а пористого — не менее 50°С. По степени спека­ния глины под-разделяются на: а) сильноспекающиеся — с во­допоглощением черепка, обож-женного при температуре 1300°С, не более 2%; б) среднеспекающиеся — при 1100-1300° С — не более 5%; в) неспекающиеся — с водопоглощени­ем выше 5 %. Так как спекание может происходить при различных температурах, по это-му показателю различают гли­нистое сырье низкотемпературное (температура спекания до 1100°С); среднетемпературное (1100-1300)°С и высокотемпе­ратур-ное (выше 1300° С).

Глины не имеют определенной точки плавления, поэтому за температу-ру их плавления принимают показатель огне­упорности, по которому гли-няное сырье делится на огне­упорное — с температурой плавления ≥ 1580°С, тугоплав­кое — от 1350 до 1580 и легкоплавкое — до 1350°С.

Добавочные материалы.

Глинистое сырье в чистом виде применяется редко. Чаще всего его исполь-зуют в смеси с непластичными материала­ми — добавками, введение которых позволяет скорректиро­вать природные свойства глинистого сырья и придать коне-ч­ному продукту необходимые, заранее заданные эксплуатаци­онные свойства. Сме-си природного глинистого сырья с доба­вочными материалами называют шихтой.

По своему происхождению добавки могут быть природ­ными, искусственны-ми (специально получаемые или из отхо­дов промышленности).

По назначению добавки классифицируют как отощающие, порообразующие, пластифицирующие, плавни (флюсующие), специального назначения (разувлажня-ющие, против выцветов, разрушающие известковые включения, окрашивающие, противоморозные).

Отощающие добавки вводят в шихту с целью улучшения сушильных свойств и уменьшения воздушной и огневой усад­ки керамических масс. К природным до-бавкам относятся кварцевые пески, пес­чаники, кварциты, кремнеземсодержа-щие породы (диатомит, трепел, опока) и отходы угледобывающей промыш-ленности (негорелые шахтные породы).

К числу искусственных специально получаемых отощающих добавок относятся дегидратированная глина, которая по­лучается в процессе обжига глины при температуре 500—600°С, и шамот, получаемый путем дробления до требуемого разме­ра предварительно обожженных волюшек из огнеупорной или тугоплавкой глины. Различают высокожженный шамот (по­лучают при Т = 1200-1400°С) и низкожженный шамот (полу­чают при Т=700-1200°С).

Такие отходы промышленности, как топливные шлаки и золошлаковые смеси, золы ТЭС, отвальные и гранулирован­ные металлургические шлаки, горные породы угледобычи, от­ходы обогащения бокситов, опилки, лузга под-солнечника и др. широко используют в качестве отощающей добавки.

Порообразующие добавки вводятся в керамическую массу с целью полу-чения облегченных изделий с улучшенными теплофизическими свойствами. Они подразделяются на органи­ческие, минеральные и пенообразующие.

Пластифицирующие добавки используются для прида­ния глинистому сырью требуемых формовочных свойств. Для этих целей применяют: высоко-пластичные глины (число пла­стичности > 25), поверхностно-активные вещест-ва, элект­ролиты.

Плавни (флюсы) — добавки, образующие с глинистыми веществами при обжиге легкоплавкие соединения, «склеива­ющие» зерна более тугоплавких компонентов, что позволяет снизить температуру обжига керамики. Они по-дразделяются на собственно плавни (полевошпатные горные породы, пег­ма-титы, перлиты, железосодержащие руды), имеющие низ­кую температуру плавления, и несобственно плавни (извест­няки, мел, доломит, магнезит, мра-моры), способные при об­жиге образовывать легкоплавкие соединения.

Добавки специального назначения.

Разувлажняющие добавки регулируют влагосодержание глинистых масс (дегидратированная глина, известь-пушонка, строительный гипс и др.).

Нейтрализующее действие вредных примесей — химиче­ски взаимодейс-твуют с примесями с образованием нейтраль­ных соединений. Так, для нейт-рализации вредного влияния растворимых солей, образующих высолы на из-делиях, в со­став массы вводят хлористый или углекислый барий. При этом протекает следующая реакция: CaSO₄ + ВаСО₃ = СаСО₃ + BaSO₄ с образовани-ем малорастворимых соединений.

Карбонатные включения («дутики» - СаСО₃ и MgCO₃) обезвреживают путем введения в шихту 0,5-1 % хлористого натрия (соль). Он способствуют химическому взаимодействию СаО с SiO₂ и А1₂О₃ с образованием силикатов или алюминатов при температуре обжига 900-1000°С.

Окрашивающие добавки вводят в состав шихты для из­менения цвета. Для этого используют минеральные пигмен­ты, марганцевые, железистые, фосфатные руды или чистые оксиды металлов. Для отбеливания (осветле-ния) керамичес­кого черепка в его состав вводят карбонатные породы.

Для повышения морозостойкости керамических изделий в массу реко-мендуется вводить до 2,5% растворов хлоридов (NaCl или КС1, А1С1₃).

Основы производства.

Производство керамических изделий состоит из следую­щих основных эта-пов: карьерные работы, подготовка формо­вочной массы, формование сырца, сушка и обжиг изделий.

Карьерные работы — комплекс операций, связанных с добычей и достав-кой глинистого сырья на производство. Они включают вскрышные работы, добычу глины, ее транс­портировку и хранение промежу­точного запаса глиняного сырья.

Вскрышные работы предусматривают удаление верхнего почвенно-растите-льного (вскрышного) слоя, включая все, что лежит выше пласта полезного ископа-емого.

Добыча глины может быть валовой, когда месторожде­ние разрабатывается сплошным фронтом, и селективной, при которой глину добывают выборочно отде-льными участками или слоями.

Хранение глины осуществляют в непосредственной близо­сти от формовочного цеха для обеспечения непрерывной рабо­ты заводов, особенно в зимнее время. Пра-ктикуют складирование сырья в открытых наземных штабелях и капитальных складах (глинохранилищах).

Подготовка формовочных масс, в зависимости от свойств сырьевых матери-алов, типа изготавливаемой продукции, осо­бенностей производства, осуществляется пластическим, сухим и шликерным способом. Подготовка масс может осуществля-ться путем естествен­ной (выветривание, вымораживание, вылеживание), механи­ческой (рыхление, измельчение, перемешивание) и комбини­рованной обработки.

Подготовка пластичных масс предусматривает получение гомогенной кера-мической шихты с влажностью 15-25%.

Сухой способ подготовки глиняных порошков осуществ­ляется путем пос-ледовательного грубого измельчения на камневыделительных вальцах, сушки в сушильном бараба­не, дробления в корзинчатых дезинтеграторах или стержне­вых мельницах, просева и увлажнения глины до требуемой влажности.

Пластический способ подготовки глиняных порошков при­меняется при сме-шивании нескольких глин и предусматрива­ет получение пластичной массы, формо-вание валюшек, суш­ку их до остаточной влажности 8-9% с последующим дроб-ле­нием и просевом на оборудовании, используемом при сухой подготовке масс.

Шликерный способ подготовки глиняных порошков исполь­зуется в тех случа-ях, когда необходимо особо тщательное сме­шивание большого количества компо-нентов шихты, и состо­ит из получения глиняного шликера с влажностью 40-50% и его обезвоживания.

Подготовка литейных шликеров для производства кера­мических изделий, имеющих сложную конфигурацию. Такой шликер представляет собой дисперсную систему, в которой твердая часть (дисперсная фаза) находится во взвешенном со­сто-янии в жидкой части (дисперсионной среде). Приготовле­ние шликеров получают путем помола глинистых и отощающих материалов в водной среде и их последую-щего смешива­ния с добавками электролита.

Формование изделий как технологического процесса про­изводства заключа-ется в придании формовочной массе задан­ной формы с прочностью и плотностью полуфабриката (сыр­ца), достаточной для проведения последующих технологичес­ких операций сушки и обжига.

Формование изделий из пластических масс основано на эффекте пластичес-кого течения вязких керамических масс под воздействием внешних сил. Формова-ние изделий из пластич­ного теста осуществляется ленточным формованием (экст-ру­зией), штамповкой, вытачиванием и лепкой.

Прессование изделий из порошкообразных масс (полусу­хое прессова-ние) имеет ряд преимуществ: устраняется слож­ный и длительный процесс су-шки сырца, сырец обладает боль­шой прочностью, точностью размеров и кон-фигурации, почти не дает усадки. Сыпучесть порошков позволяет механизи-ровать транспортирование, а прочность сырца — автоматизировать процессы.

Литье применяется при изготовлении изделия сложной конфигурации (сани-тарно-техническая и декоративная керами­ка, хозяйственный и др.) Основой такой технологии является способность гипсовых форм отбирать влагу из соприкасаю­щейся с ними керамической суспензии. Гипсовую форму за­полняют шликером, вы-держивают в таком состоянии до обра­зования на внутренней поверхности формы плотного слоя мас­сы требуемой толщины, а затем «сливают» излишний шли­кер. После подсушки форму разбирают и извлекают сырец.

Новые методы формования керамических изделий

Фирмы «Karl Handle» и «Haus Lingle» (Германия) предло­жили новую тех-нологию производства плиток и некоторых видов изделий хозяйственного назначе-ния. В конструкции ма­шины (рис. 4.2) предусмотрено электрофоретическое фор-мо­вание двух непрерывных керамических лент с последующим соединением их ме-жду собой поверхностями, обращенными к катоду. Образующийся в результате эле-ктролиза водород уда­ляется вместе с избыточным шликером, а кислород адсорби­руется цинком анодных барабанов, образуя оксид цинка. Предлагаемая технология требует меньше энергии, обслуживаю­щего персонала и производственных площадей, отличается уни­версальностью и простотой.

Рис. 4.2. Схема работы электрофоретической машины: 1 — отводящий шликеропровод; 2 — начало образования керамиче­ской ленты; 3 — катод; 4 — подводящий шликеропровод; 5 — аноды (цинковые барабаны); 6 — готовая ке-рамическая лента; 7 — отводя­щий конвейер.

Фирма «Jeil Architectur» (Германия) предлагает литьевую технологию дву-хслойного изготовления керамической ленты толщиной 3-4 мм путем нанесения на движущуюся ленту двух различных по составу шликеров, имеющих разную уса-дку для ликвидации деформаций при сушке и об­жиге. Фирмой организовано про-изводство крупноразмерных керамических плит под названием «керамфанера».

В НИИстройкерамики разработан способ и внедрена опытная линия изготов-ления непрерывной керамической ленты шириной 150 и толщиной до 6 мм. В основе новой технологии лежит метод вакуум-фильтрации жидкой керамической сус­пензии (рис. 4.3). В емкость 8 установлен цапфовый барабан­ный вакуум-фильтр 1, конструкция которого позволяет полу­чать под полотном 2, 4, огибаю-щим барабан, разряжение 0,08 МПа. При частоте вращения барабана диаметром 0,5 м 10 об/ч на сходящем полотне 2, изготовленном из ткани, в результате ваку-ум-фильтрации образуется слой массы толщи­ной около 6 мм. Полотно вместе с керамической массой про­двигается в подвялочное устройство 3, где влажность массы снижается с 27-30 до 24-25%, и керамический лист легко от­деляется от фильтровального полотна на натяжном барабане 5. После съема с фильтроваль-ного полотна керамический лист (или непрерывная лента) направляется на роли-ковую сушил­ку 6, а затем в роликовую печь. После снятия керамической ленты полотно 2 промывается в специальном устройстве 7. На валу вакуум-барабана подвешивается маятниковая мешал­ка 9, которая во время работы линии непреры-вно перемеши­вает находящуюся в емкости 8 суспензию.

Рис. 4.3. Поточно-конвейерная линия для производства керами­ческой лен-ты методом вакуум-фильтрации.

Сушка является важным этапом производства керамики. Под сушкой пони-мают процесс удаления влаги из принявше­го законченную форму сырца.

Естественная сушка производится в сушильных сараях, представляющих собой навесы, под которыми на стеллажах или утрамбованном поде устанавливает-ся сырец. Недостатками естествен­ной сушки являются ее непостоянство и продол-жительность (до 20 суток), необходимость иметь большие сушильные пло­щади и большая трудоемкость.

Искусственная сушка осуществляется за счет регулируе­мого подвода энер-гии (теплоносителя). В зависимости от режима работы сушилки подразделяются на устройства перио­дического (камерные) и непрерывного действия (туннельные, кон-вейерные и др.). В сушилках периодического действия тем­пература и влажность теп-лоносителя непрерывно изменяются во времени. В сушилках же непрерывного дей-ствия эти пара­метры теплоносителя изменяются по длине рабочего туннеля, остава-ясь неизменными во времени для каждой ее зоны.

Теплоносителем для сушки изделий служит горячий воз­дух, специально по-догретый в калориферах или отбираемый из печей, в которых он нагревается за счет охлаждения изде­лий, а также отходящие от печей газы.

Новейшие методы (кондуктивного, диэлектрического, сверх­высокочастот-ного и инфракрасного излучения) сушилок и кон­струкции сушил позволяют производить процесс сушки более эффективно. Эти методы основаны на по-вышении температу­ры изделий без участия газовой (воздушной) среды как пере­датчика теплоты. Например, при нагреве сырца инфракрасны­ми лучами происходит поглощение материалом лучистой энер­гии, которая, преобразуясь в тепловую, быстро проникает в тело изделий, способствуя диффузии.

Обжиг — процесс высокотемпературной обработки глиня­ного сырца, в результате которой он превращается в камнеподобное тело, стойкое к механи-ческим, физическим и химиче­ским воздействиям. В процессе нагрева при раз-личных темпе­ратурах глинистые минералы и компоненты керамической ших­ты претерпевают ряд сложных физико-химических изменений, связанных с фазо-выми превращениями, разложением, частич­ным плавлением, кристаллизаци-ей новообразований и реак­циями в твердой фазе.

Для обжига изделий строительной керамики применяют печи периоди-ческого (камерные) и непрерывного обжига с ис­пользованием твердого (уг-ля), жидкого (мазут) и газообраз­ного топлива.

Кольцевые печи имеют обжигательный канал эллипсообразной фо-рмы, перекрытый полуциркульным сводом (рис. 4.4). Обжигаемые изделия за-гружаются в канал и оста­ются неподвижными, а зоны обжига непрерывно пе-ремеща­ются относительно материала. Весь канал условно разделен на каме-ры (в зависимости от печи их может быть от 12 до 36), каждая из которых име-ет в стене рабочее окно (ходок) для загрузки и выгрузки изделий. Топливо в печь подается через топливные трубочки, расположенные в своде печи, или через горелки, установленные в стенах.

Рис. 4.4. Схема работы (а) и разрез (б) кольцевой печи: 1 — дымовые оче-лки; 2—дымовой конус; 3 — дымовой канал; 4— ходок; 5 — рассыпной строй; 6 — клапан рассыпного строя; 7 — штанга; 8 — топливные трубы.

Туннельные печи имеют прямолинейный канал, по которому пере-мещаются вагонетки с уложенными на них из­делиями вдоль канала через неподвижные зоны обжига (рис. 4.5). По длине печь условно разделена на три зоны: зону подогрева с температурой от 50 до 800°С, зону обжига — от 800 до 1000°С и зону охлаждения с температурой 1000 - 50°С. Разгрузка готовой продукции происходит вне канала печи.

В щелевых печах керамические изделия движутся в обжиговом кана-ле по роликовому или иному конвейеру в один ряд по высоте, что обеспечива-ет равномерность обжига, со­кращает его продолжительность и уменьшает ра-сход топлива. Применение таких печей позволяет создать поточность техно­ло-гического процесса и улучшить условия труда.

Рис. 4.5. Туннельная печь Гипрострома (Киев): а — зона подогрева; б — зона взвара (7 — кладка печи; 2 — воздухопро­вод; 3 — газопровод); в — схема тепловых зон.

Производство изделий грубой строительной керамики.

Стеновые керамические изделия предназначены для воз­ведения несу-щих наружных и внутренних стен и других эле­ментов зданий и сооружений. Их изготовляют в виде правиль­ного параллелепипеда в соответствии с требо-ваниями ГОСТ 530 следующих видов (рис. 4.6).

Стеновые керамические изделия могут быть полнотелыми и пустотелы-ми, а камни — только пустотелыми. По прочности кирпич и камни подразделя-ются на марки (75; 100; 125; 150; 175; 200; 250; 300), которые устанавливаются по величине сред­них значений пределов прочности при изгибе и сжатии, по-лученных при механических испытаниях, предусмотренных ГОСТ серии из пя-ти образцов. По морозостойкости кирпич выпуска­ется четырех марок: F15; F25; F35; F50.

По способу формования стеновая керамика делится на из­делия, получа-емые пластическим формованием и полусухим прессованием.

Основным сырьем для производства изделий стеновой ке­рамики явля-ются легкоплавкие глины с числом пластичности 7 - 15, огневой усадкой, не превышающей 3,5%. В отдельных случаях (для производства легковесных из-делий) применяют­ся кремнеземистые породы — диатомиты, трепелы.

Производство кирпича методом пластического формова­ния осуществ-ляется на безвакуумных прессах при производ­стве полнотелого кирпича и на вакуумных —- при изготовле­нии кирпича пустотелого. Подготовленная фор-мовочная мас­са из смесителя с помощью подающего шнека поступает в пресс или вакуум-камеру (при использовании вакуумирования). Пе­ред подачей в вакуум-камеру глиняная масса уплотняется в конусной части смесителя, заполняет его выходную часть, проходит через кольцевое отверстие и разре-зается ножами на слои небольшой толщины (10-15 мм). В вакуум-камере про­исходит дезаэрация (удаление воздуха) массы, которая после этого с помо-щью питающего валка направляется в пресс. По­пав на винтовой шнек пресса и пройдя по его корпусу, глиня­ная масса выталкивается через прессующую головку и мунд­штук, где и происходит основное ее уплотнение. При формо­вании обыкновенного кирпича используется мундштук прямоугольного се-чения, а в случае пустотелых изделий в мунд­штуке устанавливается пустото-образующий сердечник, про­филирующий в сырце отверстия. В процессе фор-мования мунд­штук орошается водой или масляной эмульсией, что умень­шает трение массы о стенки и способствует получению глиня­ного бруса с более че-ткими гранями. Глиняный брус на выхо­де из мундштука разрезается на из-делия нужного размера (с припуском на воздушную и огневую усадки).

Сырец вруч­ную или с помощью автоматов-укладчиков грузится на суши-ль­ные рамки. Типы укладочных автоматов непосредственно свя­заны с конст-рукцией искусственных сушилок. Так, при ка­мерных сушилках используют кемеровский принцип, когда рамки шагающим транспортером передаются на накопитель-подъемник, а затем самосбрасывающейся консольной тележ­кой передаются в сушилку. При туннельных сушилках рамки укладывают на кон-сольные вагонетки, вместе с которыми они и подаются в камеру. Высушен-ный до остаточной влажности 4 - 6% сырец направляется на обжиг, который осуществляется в кольцевых или туннельных печах.

Производство кирпича методом полусухого прессования осуществляется компрессионным сжатием при удельном дав­лении 15 - 40 МПа из пресс-поро-шков с влажностью 8-12%.

Глиняное сырье подсушивают и подвергают измельчению до порошка с максимальным размером зерен 1-3 мм. Просе­янную глину смешивают с до-бавочными материалами, увлажняют до формовочной влажности 8-12% и по-дают в пресс, где уплотняют, как правило, двухступенчатым дву­сторонним прессованием: первая ступень прессования 4-9 МПа, вторая — 25-30 МПа. До-зировка, засыпка пресс-порошка в фор­мы, прессование и выталкивание сырца на роликовый кон­вейер осуществляются специальными устройствами, рабо-та­ющими с прессом в автоматическом режиме. Полный цикл прессования составляет 6 с. Отпрессованные изделия отправ­ляют на досушку, которая мо-жет производиться как в су­шильных камерах непрерывного действия, так и непосред­ственно в печи.

Пустотелый кирпич полусухого прессования получают за счет испо-льзования специального штампа с конусными кернами.

К кровельным керамическим материалам относят чере­пицу, она должна об-ладать высокой долговечностью, водо­непроницаемостью, устойчивостью к дейст-вию различных ат­мосферных факторов и эстетичностью. Она должна иметь од­норо-дную структуру на изломе и обладать пределом прочнос­ти на излом в сухом состо-янии не менее 70 кг/см², массой 1 м² кровли не более 45 кг; морозостойкостью не менее 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания, водопоглощени-ем не более 10% по массе.

Черепица выпускается нескольких типов: пазовая штам­пованная, плоская ленточная и коньковая.

Сырьем для изготовления черепицы служат легкоплавкие глины с по-вышенной пластичностью, незасоренные, облада­ющие хорошими сушильны-ми свойствами и дающие после обжига прочный некоробящийся черепок.

Ленточную и коньковую черепицу формуют на ленточных вакуумных прессах с последующей резкой ленты на изделия. Пазовую штампованную черепицу штампуют на рычажно-салазочных, эксцентриковых и револьвер-ных прессах. Сформо­ванную черепицу укладывают на рамки и направляют на суш­ку. После сушки и тщательной сортировки сырцовые изделия поступают в обжиг при температурах 950-1050°С.

Фасадная керамика предназначена для защиты конструк­ций от прямых атмосферных воздействий и для архитектур­ного оформления зданий. Ей свойственны высокая морозостойкость, прочность, декоративная выразитель-ность, способ­ность очищаться от пыли и грязи.

Различают следующие виды фасадной керамики: кирпич и камни лице-вые; профильные изделия; плоские плитки. По фактуре они могут быть глад-кими и рельефными, по способу обработки поверхности — глазурованными и неглазурованными (терракота).

Кирпич и камни керамические лицевые — это строитель­ные изделия, кото-рые выполняют одновременно конструктив­ные и декоративные функции. Они ха-рактеризуются, в отли­чие от рядового кирпича, точностью формы и размеров, одно­родностью цвета лицевой поверхности. Согласно ГОСТ 7484 «Кирпич и камни керамические лицевые» по виду декоратив­ной лицевой поверхности они подразде-ляются на торкретиро­ванные минеральной крошкой, ангобированные, окрашенные в массе, двухслойные и глазурованные. Фактура этих поверхностей может быть и гладкой, и рельефной. Мар­ка лицевого кирпича должна быть не ниже 100; водо-поглощение — не менее 6 и не более 12% для беложгущихся глин, не более 14% — для остальных; морозостойкость — не менее 25 циклов.

Лицевые кирпич и камни изготовляют из высококачествен­ных легкоплавких глин по технологии, аналогичной произ­водству обыкновенного кирпича пластичес-кого формования, но с более высокой степенью гомогенизации массы при ее пе­ре-работке.

Торкретированный кирпич получают путем нанесения на ложковую и тычко-вую поверхности бруса, выходящего из лен­точного пресса, стеклокрошки, песка, фа-рфора, шамота и дру­гих материалов. Для офактуривания используют пескоструй­ную форсунку, размещаемую на расстоянии 20-30 см от по­верхности бруса. Крошка, вылетая из сопла форсунки, вдав­ливается в лицевую поверхность будуще-го изделия, после чего она дополнительно прижимается обрезиненным валом.

Ангобированный кирпич получают путем нанесения на де­корируемую поверх-ность сырого изделия слоя ангоба толщи­ной 0,2 - 0,3 мм. При этом необходимо, чтобы коэффициент термического расширения ангоба был близок к соответствую­щему показателю самого кирпича.

Окрашивание фасадного кирпича в массе керамическими пигментами резко повышает его стоимость и в связи с этим практически не применяется.

Двухслойный кирпич состоит из основной части — широко распространен-ных красножгущихся глин и лицевого слоя тол­щиной 3-5 мм из светложгущихся окрашенных или неокрашен­ных глин. Принцип двухслойного формования основан на по­даче двух масс в переходную головку формующей камеры, обес­печивающей рас-пределение фактурной массы определенной тол­щины по ложковой и тычковой по-верхностям.

Составы основной массы изделия и его лицевого слоя под­бираются так, чтобы максимально сблизить величины их усад­ки и коэффициенты термического расши-рения.

Глазурованный кирпич получают нанесением на него глазурного пок-рытия. Глазурование осуществляется пуль­веризацией или окунанием. Глазурь нано-сят на хорошо высу­шенный и очищенный от пыли сырец или на обожженное из­де-лие. После подсушки глазурного слоя кирпич подвергается повторному кратковре-менному обжигу.

Фасадные керамические плитки применяют для облицовки фасадов и цоколей зданий, наружных поверхностей железобе­тонных стеновых панелей, подземных пе-реходов. В соответ­ствии с ГОСТ 13996 «Плитки керамические фасадные и ков-ры г из них» они могут быть глазурованными и неглазурованными, рядовыми и специального назначения, с гладкой и рель­ефной поверхностью, прямоугольными и квадратными, а так­же коврово-мозаичные плитки.

Основными показателями, характеризующими качество фасадных плиток, являются: морозостойкость, водопоглощение, точность геометрических размеров и внешний вид. Мо­розостойкость рядовых плиток толщиной более 9 мм должна быть не менее 35 циклов, толщиной менее 7 мм — не менее 40 циклов при во-допоглощении до 12%. Для плиток специ­ального назначения морозостойкость должна превышать 50 циклов, а водопоглощение допускается не более 5%.

Керамические материалы для покрытия полов и дорог относятся к изделиям со спекшимся плотным черепком с водопоглощением менее 4%. Они должны от-личаться высокой плотностью, прочностью, сопротивлением истиранию и уда­ру, стойкостью к воздействию различных агрессивных сред.

Плитки для полов изготовляют в соответствии с ГОСТ 6787 «Плитки керамические для полов». Они могут быть неглазурованные и глазурованные, од-ноцветные и многоцвет­ные, с гладкой, шероховатой (тисненой) или рифленой лице­вой поверхностью. По форме плитки бывают квадратные, пря­моугольные, треуголь-ные, четырех-, пяти-, шести- и восьми­гранные, а также фигурные, прямые и угло-вые плинтусные изделия. Водопоглощение их должно быть не более 3,8-5%, ис-тираемость не более 0,07-0,06 г/см².

Клинкерный кирпич —кирпич обожженный до полного спе­кания черепка, но без остеклования поверхности. Он применя­ется для мощения дорог и тротуаров; кладки фундаментов, облицовки гидротехнических сооружений и т.д. Клинкерный кирпич характеризуется прочностью при сжатии от 400 до 1000 кг/см², водопо-глощением 2-6%, истираемостью 14-18 г/см², морозостойкостью более 100 цик-лов.

Теплоизоляционные керамические материалы и изделия имеют малую сре-днюю плотность — до 600 кг/м³ и невысо­кую теплопроводность — до 0,15 Вт/(м∙°С) и применяются для тепловой изоляции строительных конструкций зданий, про­мышленного оборудования и трубопроводов с температурой изолиру-емой поверхности до 900°С. Они изготавливаются в виде кирпича, плит, скорлуп, сегментов, фасонных камней.

В зависимости от используемого сырья и способа созда­ния поровой струк-туры различают следующие виды теплоизо ляционных изделий: диатомитовые (тре-пельные), газокерами­ческие и керамоперлитовые.

Диатомитовые (трепельные) изделия изготавливают из осадочных горных пород — диатомитов или трепела. Для со­здания искусственной пористости в из-делиях используют вы­горающие (опилки, торф, молотый уголь и др.) и пенообразу-ющие (клееканифольную эмульсию) добавки.

Газокерамические изделия получают химическим вспучи­ванием глинистого шликера с последующим обжигом. Сырь­ем для производства таких изделий слу-жат обычные легко­плавкие глины и суглинки. Газообразующими добавками яв­ля-ются алюминиевый порошок и известь, а стабилизирую­щей — полуводный гипс. Вспучивание шликера с образовани­ем пористой структуры происходит в резуль-тате химического взаимодействия по реакции

2А1 + 3Са (ОН)₂ + 6Н₂О = 3СаО∙ А1₂О₃ ∙6Н₂О + 3Н₂ ↑.

Вспученную массу подают в туннельную сушилку, после чего форму с ваго-неткой снимают, а сами изделия на вагонет­ке поступают на обжиг, который осуще-ствляется при темпе­ратуре 1180-1250°С. После обжига изделия разбраковывают и калибруют.

Керамоперлитовые изделия получают в результате пере­мешивания вспучен-ного перлитового песка с глиняным шли­кером или молотым диатомитом. Полу-ченную массу разли­вают в формы и отправляют на сушку до остаточной влажно­сти изделий 3 - 4%. Обжиг ведется при температуре 850 - 900°С в печах различных конструкций. После обжига изделия сор­тируют и при необходимости подвергают механической обра­ботке.

Производство тонкой строительной керамики.

К тонкой строительной керамике относятся изделия, име­ющие однородный по структуре черепок и подразделяющиеся на фаянсовые, полуфарфоровые и фар-форовые.

Плитки для внутренней облицовки предназначены для об­лицовки внутренних поверхностей стен и перегородок. Они выпускаются по ГОСТ 6141 «Плитки кера-мические глазурован­ные для внутренней облицовки стен», отличаются по форме, фактуре и виду материала, образующего фактурный слой (50 ти­пов). Керамичес-кие плитки должны иметь водопоглощение не более 16%, предел прочности при изгибе не менее 15 МПа, а гла­зурное покрытие должно обладать термостойкостью не менее 150°С и твердостью не менее 5 по шкале Мооса.

Для изготовления облицовочных плиток применяют беложгущиеся глины и каолин, кварцевый песок, полевой шпат, пегматит, мрамор и некоторые другие ко-мпоненты. Произ­водство этих изделий осуществляется по полусухому способу прессования из порошка, подготовленного по шликерной схе­ме. Технологический процесс складывается из следующих операций: подготовки сырых материалов, приготовления и обезвоживания шликера, приготовления пресс-порошка, прес­сования плиток, их сушки, глазурования и обжига.

Саштарно-строителъная керамика предназначена для обо­рудования са-нитарных узлов жилых, общественных и промыш­ленных зданий. К ним отно-сятся ванны, умывальники, уни­тазы, смывные бачки, керамическая арматура и др. Согласно ГОСТ 15167-78 эти изделия изготовляют из фарфоровых, по­лу-фарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс.

Температура обжига определяется составом мас­сы: фаянсовые изделия обжигают при 1190 - 1280°С, шамотированные — при 1280 - 1300, полуфарфо-ровые — при 1320 - 1380°С.