Лабораторная работа № 3 стеновые керамические материалы

Цель работы: ознакомление с образцами стеновых керамических изделий различных видов и методами определения основных качественных характеристик по внешнему осмотру, обмеру, а также водопоглощения и марок изделия по морозостойкости и прочности.

1.Ознакомление с образцами стеновых керамических изделий

Проводится ознакомление с образцами различных видов керамических стеновых изделий, выпускаемых в соответствии с государственными стандартами Республики Казахстан и зарубежного производства.

Различают виды стеновых керамических изделий: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты пористый, пустотелый).

В зависимости от размеров изделия подразделяются на виды: кирпич, утолщенный, модульный, камень обыкновенный, укрупненный, модульный, с вертикальным или горизонтальным расположением пустот, сквозными и несквозными пустотами. Выпускают кирпич и камни с пустотами различного сечения: цилиндрическими, щелевыми, квадратного сечения (табл.3.1, рис.9). Варьируется пористость и пустотность.

Таблица 3.1 – Некоторые виды керамического кирпича и камня

Кирпич керамический плонотелый
		Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 530-95   Марка прочности М150-М300   Пустотность полнотелый   Плотность, кг/м3 2100   Морозостойкость, цикл F100   Теплопроводность, Вт/м°С >0,98   Водопоглощение, % <8   Размеры, мм 250 x 120 x 65   Вес, кг 4,1
Кирпич керамический полнотелый
		Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 530-96   Марка прочности М200, М250   Пустотность полнотелый   Плотность, кг/м3 2050   Морозостойкость, цикл F25   Теплопроводность, Вт/м°С >0,61   Водопоглощение, % <8,50   Размеры, мм 250 x 120 x 65   Вес, кг 4
Кирпич керамический лицевой плонотелый
			Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 7484-78   Марка прочности М200, М250   Пустотность полнотелый   Плотность, кг/м3 2050   Морозостойкость, цикл F35   Теплопроводность, Вт/м°С >0,61   Водопоглощение, % <8,50   Размеры, мм 250 x 120 x 65   Вес, кг 4
Кирпич керамически лицевой пустотелый
			Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 7484-78   Марка прочности М125, М150   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 38-42   Плотность, кг/м3 1200-1300   Морозостойкость, цикл F35, F50   Теплопроводность, Вт/м°С >0,49   Водопоглощение, % <6-7   Размеры, мм 250 x 120 x 65   Вес, кг 2,5
Кирпич керамический лицевой пустотелый
			Цвет красный, коричневый окрашенный в массе   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 7484-78   Марка прочности М175   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 36,50   Плотность, кг/м3 1430   Морозостойкость, цикл F35   Водопоглощение, % <6   Размеры, мм 250 x 85 x 65   Вес, кг 1,95
Кирпич керамический лицевой пустотелый
			Цвет белый с офактуренной поверхностью   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 7484-78   Марка прочности М150   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 38-42   Плотность, кг/м3 1200-1300   Морозостойкость, цикл F35, F50   Теплопроводность, Вт/м°С >0,49   Водопоглощение, % <6-7   Размеры, мм 250 x 120 x 65   Вес, кг 2,5
Кирпич керамический лицевой полнотелый с колотой поверхностью по тычку
	Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ ТУ 5741-011-03987643-2003   Марка прочности М200   Пустотность полнотелый   Плотность, кг/м3 2050   Морозостойкость, цикл F35   Теплопроводность, Вт/м°С >0,61   Водопоглощение, % <8,50   Размеры, мм 250 x 105 x 65   Вес, кг 4,1
Камень керамический поризованный 2NF
	Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 530-95   Марка прочности М175   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 51   Плотность, кг/м3 1000   Морозостойкость F50   Теплопроводность, Вт/м°С >0,35   Водопоглощение, % <9   Размеры, мм 250 x 120 x 138   Вес, кг 4,3
Камень керамический непоризованный сверхэффективный 2NF
	Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ ГОСТ 530-95   Марка прочности М125-М175   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 45-46   Плотность, кг/м3 960   Морозостойкость F35, F50   Теплопроводность, Вт/м°С >0,26   Водопоглощение, % <8-9   Размеры, мм 250 x 120 x 138   Вес, кг 4
Камень керамический непоризованный рифлёный
	Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 530-95   Марка прочности М125-М200   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 31   Морозостойкость F50, F75   Теплопроводность, Вт/м°С >0,32   Размеры, мм 250 x 120 x 138   Вес, кг 5
Камень керамический поризованный 4,5NF
	Цвет красный   Способ изготовления пластическое формование   ГОСТ или ТУ 530-95   Марка прочности М100, М125   Пустотность пустотелый   Коэффициент пустотности, % 54   Плотность, кг/м3 780   Морозостойкость F50   Теплопроводность, Вт/м°С >0,3   Водопоглощение, % <10   Размеры, мм 250 x 250 x 138   Вес, кг 6,9

В качестве конструкционно-отделочных изделий производятся кирпич и камни лицевые различного цвета и с различными видами декоративной отделки лицевых граней: ангобированием, глазурованием, двухслойным формованием, торкретированием, полировкой (рис.10).

В различных странах выпускаются отличающиеся между собой стеновые материалы как по номенклатуре, так и по типоразмерам. Пустоты могут иметь эллипсовидную, сотообразную (в виде многогранника) форму и т.д. Производится кирпич пазогребневой конструкции для безрастворной кладки и шлифованный камень для кладки на минеральном клее. Возможно изготовление стеновых керамических изделий для сейсмостойкого строительства с желобами для устройства бетонных шпонок и сквозными пустотами для вертикального армирования, крупноразмерных стеновых керамических элементов, звукоизоляционного кирпича и др. (рис. 11).

Рисунок 9- Примеры обозначения габаритов керамического стенового изделия в марке

Рисунок 10- Виды глазурованного лицевого керамического кирпича

а

Рисунок 11 - Примеры видов и типоразмеров керамических стеновых изделий производства Германии

а – звукоизоляционные керамические стеновые изделия; б – керамические стеновые камни шлифованные пазогребневые

2. Определение качественных характеристик керамических стеновых изделий

В практике для оценки качества керамического кирпича согласно ГОСТ 530-95 отбирают среднюю пробу от каждой партии кирпича (за партию принимают 100 тыс. шт.) и не менее 30 шт. направляют на испытание в лабораторию. При поступлении на строительство кирпича в количестве менее 100 тыс. шт. пробу отбирают как от целой партии.

Для оценки качества керамического стенового изделия при проведении лабораторной работы выдаются образцы изделий по вариантам.

Результаты осмотра и испы­таний заносят затем в общую таб­лицу журнала для лабораторных работ, на основа­нии которых делают выводы о качестве кирпича.

2.1.Определение качества стенового керамического изделия по внешнему осмотру и обмеру

Внешним осмотром определяют вид изделия и качество обжига (характерен недожог, пережог или изделие нормально обожжено), наличие высолов.

При определении вида изделие осматривают на предмет наличия лицевых граней, наличия пористости, пустот а также учитывают результаты обмера.

Для определения качества обжига сравнивают полученные образцы с эталоном (нормально обожженным кирпичом). Более светлый вид кирпича, чем у эталонного («алый» кирпич), и глухой звук при ударе по кирпичу молотком указывают на наличие недожога.

Пережженный кирпич характеризуется оплавлением и вспучиванием, имеет бурый цвет и, как правило, искривлен. Не­дожженный и пережженный кирпич является браком.

Высолы представляют собой белые мучнистые скопления, видимые на гранях кирпича. Наличие высолов не допускается.

Согласно ГОСТ 530-95 внешним обмером определяют следующие параметры изделия: длину, ширину, толщину; отклонения от перпендикулярности граней; искривления поверхностей ребер и их закругленность (если предусмотрена); искривления поверхностей граней; отбитости углов и ребер; характер и размеры трещин; размеры пустот.

Для лицевых изделий дополнительно определяют наличие посечек на лицевой поверхности (в зависимости от вида декорирования может определяться однородность цвета и др.).

При осмотре и обмере изделия необходимо знать название граней кирпича: большая – пастель, боковая длинная – ложок, торцовая – тычок.

Для обмера изделия использую стальные линейку и угольник (рис.12).

Рисунок 12 Измерение искривления поверхности и ребер кирпича

1— стальной угольник; 2— стальная линейка; 3 — кирпич

Керамические стеновые изделия должны иметь форму прямоугольного параллелепи­педа с прямыми ребрами и углами, четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями. Искривление поверхностей и ребер, отбитость или притупленность ребер и углов устанавливают при помощи металлического угольника и линейки с точностью до 1 мм. В лаборатории кирпич укладывают на ровный стол. К про­веряемой поверхности прикладывают ребром металлическую ли­нейку или треугольник в таком направлении, чтобы выявить максимальное значение прогиба поверхности (рис. 6). Макси­мальное значение зазора между ребром линейки и проверяемой поверхностью изделия измеряют специально изготовляемыми для этой цели калибрами. Результат измерений записывают в журнал для лабораторных и практических работ и сравнивают с данными ГОСТ 530—95.

Результаты определений вносят в табл.3.1 и 3.2 журнала лабораторных работ. Делается вывод о соответствии показателей качества изделия по результатам осмотра и обмера нормативным требованиям, указанным в табл. 3.1 и 3.2.

2.2. Определение наличия известковых включений (дутиков)

Наличие известковых включений может вызвать разрушение кирпича.

Известковые включения представляют собой белые зернистые включения и, учитывая ограниченность во времени аудиторных занятий, могут быть определены визуально на гранях и сколе изделия. Согласно ГОСТ 530-80 не допускаются известковые включения, вызывающие после пропаривания разрушение поверхностей и отколы глубиной более 6 мм.

3. Определение основных физических свойств стеновых керамических изделий

3.1.Определение плотности

При плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на группы:

обыкновенные – плотностью более 1600 кг/м³;

условно-эффективные – плотностью более 1400-1600 кг/м³;

эффективные – плотностью не более 1400-1450 кг/м³.

Плотность определяется по методике для образцов правильной геометрической формы, изложенной в лабораторной работе №1 настоящего практикума.

По результатам определений делается вывод: к какой группе по плотности относится испытываемое изделие. Информация вносится в соответствующую таблицу журнала лабораторных работ.

3.2.Определение водопоглощения кирпича

Значение водопоглощения изделия является важной характеристикой стенового керамического изделия, т.к. по нему можно судить о пористости, от которой, в свою очередь, в значительной степени зависит теплопроводность изделия. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не мене 8%, для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий – не менее 6%.

Испытание изделия на водопоглощение производят путем насыщения образцов (целого кирпича или его половинок) в во­де с температурой 15-20 °С в течение 48 ч или в кипящей воде в течение 4 ч. Образцы кирпича в количестве 3 шт. перед испы­танием высушивают при температуре 105-110°С до постоянной массы. Массу образца считают постоянной, если разница ре­зультатов двух последовательных взвешиваний после высуши­вания не превышает 0,2 %. Взвешивание образцов производят после их полного остывания. Время между двумя последова­тельными взвешиваниями, включающее сушку и остывание об­разцов, должно быть не менее 3 ч.

Образцы изделия укладывают тычком на дно сосуда с водой с температурой 15-20°С так, чтобы уровень воды в нем был вы­ше верха образцов на 2-10 см. Образцы выдерживают в воде в те­чение 48 ч, после чего вынимают из сосуда, обтирают влажной тканью и немедленно взвешивают. Массу воды, вытекающую из образца на чашку весов, включают в массу насыщенного водой образца.

Водопоглощение образца В_масс, %, определяют по формуле:

(3.1)

где т₁ — масса насыщенного водой образца, г;

т - масса образца, высушенного до постоянной массы, г.

Водопоглощение кирпича вычисляют как среднее арифмети­ческое результатов испытаний трех образцов.

С целью ускоренного определения водопоглощения кирпича можно применить метод кипячения, согласно которому подготов­ленные по приведенной ранее методике три образца-кирпича по­гружают в сосуд с водой, нагревают до температуры кипения воды. В кипящей воде образцы выдерживают в течение 4 ч, после чего ох­лаждают до температуры 20-30 °С путем непрерывного добавления, в сосуд холодной воды. Взвешивание и вычисление водопоглоще­ния производят по приведенной выше методике.

3.3. Определение морозостойкости кирпича

Определение морозостойкости - длительный процесс, который не может быть осуществлен в рамках лабораторной работы. Предполагается теоретические ознакомление с методом определения морозостойкости и практическое - с используемым оборудованием, а также выполнение некоторых манипуляций по осуществлению метода и испытание образцов после предварительно проведенного оттаивания. Студент определяет марку изделия по морозостойкости по данным испытания изделия по циклам, предоставляемым преподавателем.

Для определения морозостойкости всех видов керамических стеновых изделий используют обычно пять целых изделий. Перед испытанием на образцах несмываемой краской около ребер, углов фиксируют трещины и другие дефек­ты. Образцы со значительными дефектами испытанию не подле­жат. Предназначенные для испытания образцы высушивают до постоянной массы и взвешивают, затем насыщают водой, как при определении водопоглощения.

Замораживание образцов в морозильной камере и их оттаива­ние производят в контейнерах, сваренных из стальных стержней или полос (рис. 14). В контейнеры образцы укладывают, соблюдая зазоры не менее 20 мм, чтобы лучше обеспечить доступ холодного воз­духа к образцам. При этом морозильную камеру можно загрузить не более чем на 50 % ее объема. Закрыв морозильную камеру по­сле загрузки образцов, в ней поддерживают температуру в преде­лах от -15 до -20 °С. Началом замораживания образцов считают момент установления в камере температуры -15 °С. Продолжи­тельность одного замораживания образцов при температуре воз­духа в камере -15°С должна быть 4 ч.

Рисунок 14 – Морозильная камера

После окончания замораживания образцы в контейнерах полностью погружают в сосуд с водой. Температура воды в сосу­де должна быть 15-20 °С в течение всего периода оттаивания об­разцов. Продолжительность одного оттаивания в воде должна быть не менее половины продолжительности замораживания

При оценке морозостойкости кирпича по степени поврежде­ния, образцы осматривают через каждые 5 циклов при 15 и 25 циклах попеременного замораживания и оттаивания и через каждые 10 циклов при 35 и 50 циклах попеременного заморажи­вания и оттаивания. Осмотр производят после их оттаивания. Образцы считают выдержавшими испытание, если после требуе­мого числа циклов замораживания и оттаивания они не разруша­ются или на их поверхности не будет обнаружено видимых по­вреждений. Признаки повреждений (расслоение, шелушение, сквозные трещины, выкрашивания) устанавливаются стандарта­ми на эти материалы и изделия.

При оценке морозостойкости кирпича по потере массы после проведения требуемого числа циклов замораживания и оттаива­ния образцы природного камня и керамических материалов вы­сушивают при температуре 105-110 ⁰ С до постоянной массы, об­разцы других материалов взвешивают в насыщенном водой состоянии с погрешностью не более 0,2 %.

Потеря массы образца кирпича, %:

М₁=[(m₁-m₃)/m₁]·100 (2.2)

где т, — масса насыщенного водой образца перед испытанием его на морозостойкость, г;

т ₃ — то же, после испытания, г.

Потерю массы образцов после испытания на морозостойкость вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний пяти образцов.

Допускаемая величина потери массы образцов после поперемен­ного замораживания и оттаивания устанавливается стандартами на эти материалы. Например, для керамического кирпича потеря массы не должна превышать 2 %.

По результатам испытаний назначается марка кирпича по морозостойкости. Всего установлено 4 марки: F15, F25, F35, F50.

4. Определение марки кирпича

Марку кирпича определяют по пределу прочности при сжа­тии и изгибе подготовленных и испытанных на гидравлическом прессе образцов.

Предел прочности при сжатии определяют следующим обра­зом. Отобранные для испытания кирпичи (5 шт. от средней про­бы) распиливают дисковой пилой на распиловочном станке по ширине на две равные части. Обе половинки постелями накла­дывают одна на другую так, чтобы поверхности распила были на­правлены в противоположные стороны, и склеивают цементным тестом из портландцемента марки не выше 400, при этом толщи­на слоя цементного теста между половинками не должна превы­шать 5 мм. Кроме того, цементным тестом слоем 3 мм выравни­вают (подливают) обе внешние поверхности, параллельные соединительному шву.

Для склейки и подливки двух половинок кирпича на глад­кой, горизонтально установленной плоскости (выверенной по уровню металлической плиты) кладут стекло, покрытое смо­ченной бумагой, и по бумаге расстилают цементное тесто сло­ем 3 мм. Затем одну половинку кирпича укладывают на це­ментное тесто и слегка прижимают, после чего верхнюю поверхность половинки кирпича покрывают тем же цемент­ным тестом и на него укладывают вторую половинку кирпича, слегка прижимая. Верхнюю поверхность второй половинки также покрывают цементным тестом и прижимают стеклом со смоченной бумагой. Излишки цементного теста срезают, края слоев выравнивают ножом.

Изготовленный таким образом об­разец должен быть близок по форме к кубу (рис.15). Необходимо, чтобы плоскости образца были взаимно па­раллельны и перпендикулярны боко­вым граням, что проверяют угольни­ком. Образцы до испытания следует выдерживать в лаборатории во влажных условиях в течение 3-4 сут. для затвер­девания цементного теста, после чего их испытывают на сжатие.

Перед испытанием на сжатие прове­ряют угольником параллельность поверхностей, покрытых затвердевшим цементным тестом, и измеряют с точностью до 1 см² площадь перечного сечения образца, которая равна произведению резуль­татов двух взаимно перпендикулярных измерений по плоскости склейки половинок кирпича.

Рисунок 15 - Куб из кирпича для испытания на сжатие

При определении предела прочности при сжатии образец ус­танавливают на нижнюю опору гидравлического пресса так, что­бы геометрический его центр совпадал с центром опоры. Затем верхнюю опору опускают на образец и насосом пресса равномер­но передают давление на образец, доводя его до разрушения. Значение разрушающего усилия фиксируют по показанию кон­трольной стрелки силоизмерителя.

Предел прочности при сжатии R_сж, МПа определяют по формуле (1.14):

Среднее значение предела прочности при сжатии вычисля­ют как среднее арифметическое из результатов испытания пя­ти образцов. Кроме того, записывают минимальный результат испытаний.

Предел прочности при изгибе определяют путем испытания на гидравлическом прессе целого кирпича, уложенного плаш­мя на две опоры, расположенные на расстоянии 200 мм одна от другой (рис. 16). Опоры должны иметь закругления радиусом 10-15 мм. Нагрузку передают на середину кирпича через опо­ру с таким же закруглением.

Рисунок 16 - Схема испытания кирпича на изгиб

Для более плотного и правильного прилегания образца к опо­рам на кирпиче по уровню накладывают из цементного теста три полоски шириной 20 — 30 мм: две полоски — в местах опирания на нижние опоры, одну — под опору, передающую нагрузку. Ес­ли в кирпиче имеются трещины, то полоски располагают так, чтобы самые значительные трещины при испытании оказались на нижней поверхности образца.

Подготовленные образцы выдерживают в лаборатории в тече­ние 3—4 суток для затвердевания цементного теста. Перед испыта­нием измеряют размеры поперечного сечения кирпича по сере­дине пролета (между опорами) с точностью до 1 мм. Испытания кирпича проводят на 5-тонном гидравлическом прессе.

Предел прочности при изгибе R_из МПа, вычисляют по фор­муле (1.15), где l – расстояние между опорами 200 мм.

За окончательный результат принимают среднее значение из пяти определений. Кроме того, записывают минимальный результат испытаний.

Полученные студентами результаты испыта­ний кирпича заносят в таблицу журнала лабораторных (прил.1), после чего, сравнивая полученные результаты по среднему и минималь­ному значению прочности отдельных образцов с данными, приведенными в табл. 1 (прил.3), определяют марку кирпича по прочности.

По результатам определения вида керамического стенового изделия, марок по морозостойкости и прочности производится запись названия изделия и условное сокращенное обозначение керамических изделий в соответствии с ГОСТ 530-95. Делается вывод о соответствии его требованиям ГОСТ.

Контрольные вопросы

1. Какие материалы называют керамическими?

2. Перечислите виды стеновых керамических материалов?

3. С какой целью керамические стеновые изделия получают пустотелыми? Какие виды пустот могут быть характерных для керамического камня?

4. Приведите примеры типоразмеров кирпича и стенового камня.

5. Как называются грани кирпича? Какие качественные характеристики по внешнему осмотру и обмеру определяют по граням?

6. Каковы причины появления в керамической изделии дутиков и высолов? Каковы требования стандарта по отношению к наличию дутиков и высолов?

7. Как определяется недожог и пережог?

8. Какие керамические изделия относят к эффективным? Почему?

9. Цель определения водопоглощения керамического кирпича?

10. Изложите методику определения морозостойкости кирпича. Перечислите марки по морозостойкости, принятые для характеристики керамического кирпича.

11. Изложите методику определения марки по прочности керамического кирпича. Перечислите марки по прочности, принятые для характеристики керамического кирпича.