75

Група силікатних виробів включає широкий спектр різноманітних матеріалів, які умовно можна поділити на три великі підгрупи: скло, кераміка та зв’язні речовини і вироби на їх основі. Усі ці вироби значно відрізняються як за своїми властивостями так і технологією їх отримання. В поданому конспекті лекцій висвітлено основні властивості будівельних матеріалів, описано загальні принципи класифікації, асортимент та технологічні схеми отримання найголовніших виробів із скла, кераміки та зв’язних речовин.

I. Керамічні матеріали

Технологією керамічного виробництва називають процес виготовлення виробів з глинистої та іншої мінеральної сировини шляхом формування, сушіння та випалу. Раніше під керамічною технологією розуміли отримання виробів з глини, яка природно чи штучно опіснена кварцовим піском або іншими мінеральними речовинами. В даний час керамічна технологія охоплює також виготовлення виробів з мас, що не містять глини.

1. Класифікація керамічних виробів

За структурою черепка розрізняють:

- спечені керамічні вироби (водопоглинання менше 5 %);

- пористі керамічні вироби (водопоглинання більше 5 %).

За призначенням керамічні матеріали ділять на:

1) Будівельні вироби:

- стінова кераміка (цегла, камінь, блоки);

- покрівельна кераміка (черепиця);

- личкувальна кераміка (плитки, личкувальна цегла);

- каналізаційні труби;

- хемічно стійка кераміка;

- пориста і фільтруюча кераміка;

- теплоізоляційна і легковагова (керамзит, аглопорит, спучений перліт).

2) Тонко-керамічні вироби:

- фарфор (господарський, електротехнічний);

- напівфарфор і фаянс;

- майолікові вироби.

3) Вогнетривкі вироби:

- алюмосилікатні (шамотні та високоглиноземисті);

- динасові;

- магнезитові і магнійвмісні;

- цирконійвмісні;

- вуглецеві і вуглецьвмісні;

- оксидні.

4) Технічна кераміка.

- з високовогнетривких оксидів;

- на основі силікатів і алюмосилікатів;

- на основі важкотопких безкисневих сполук.

2. Сировина для виробництва кераміки

2.1. Глини

Глини це природні полімінеральні суміші головною властивістю (в технології кераміки) яких є пластичність, тобто здатність утворювати з водою пластичне тісто. За мінералогічним складом розрізняють глини каолінітові (переважає глинистий мінерал каолініт), монтморилонітові (монтморилоніт), гідрослюдисті (гідрослюда) або глини мішаного складу: каолініто-гідрослюдисті, гідрослюдисто-монтморилонітові тощо. Каолінітові глини є важкотопкими (для спікання потребують високих температур), малопластичними, як правило чистіші ніж інші. Їх використовують у виробництві фарфору, вогнетривких і кислототривких виробів, інших виробів які характиризуються невеликим водопоглинанням. Монтморилонітові і гідрослюдисті глини є легкотопкі, високопластичні, часто сильно забруднені різноманітними домішками. Їх використовують для виробництва стінової кераміки, черепиці, кахлів, інших виробів для яких допускається велике водопоглинання.

За хемічним складом глини містять 50-70 % SіO2 і 12-30 % Al₂O₃. Для каолінітових глин характерний вищий вміст Al₂O₃ - 20-30 %, для монтморилонітових і гідрослюдистих - до 20 %. Оксиди силіцію і особливо алюмінію забезпечують високу температуру топлення і спікання маси, широкий інтервал її випалу. Оксиди лужних (K₂O, Na₂O) і лужно-земельних (CaO, MgO) металів в глинах містяться від декількох десятих відсотка до декількох відсотків. Вони є оксидами топниками, які при випалі зменшують температуру топлення (утворення розтопу) маси, що зменшує температуру спікання. Також глини можуть містити від 0,1 до 10 % оксидів заліза, які є слабкими топниками і в залежності від їх кількості надають випаленому черепку від жовтуватого чи світлокоричневого до коричнево-червоного кольору.

Глиниста порода складається з багатьох мінералів. Власне глинисті мінерали (каолініт, монтморилоніт, гідрослюда) є тонкодисперсними частинками менше 0,02 мм. Саме вони забезпечують пластичність породи. Частинки монтморилоніту мають менші розміри від частинок каолініту, тому монтморилонітові глини є більш пластичними. Всі інші мінерали присутні в глинистій породі є опіснювачами і понижують її пластичність. Саме тому сильно запісочені монтморилонітові глини можуть мати невисоку пластичність.

В залежності від вмісту в породах чистої глини їх ділять на:

- глини (більше 30 %); - супіски (3-10 %);

- суглинки (10-30 %); - піски (менше 3 %).

Найбільш поширеною домішкою в глинистих породах є кварцовий пісок (SіO₂). Він опіснює глину (зменшує число пластичності), що з одного боку погіршує її формувальні властивості, але з іншого зменшує чутливість до сушіння. Великий вміст піску під час формування призводить до швидшого спрацьовування обладнання. При випалі пісок погіршує спікання і може бути причиною “холодного тріску” виробів при охолодженні. В технології плиток для підлоги чи інших спечених виробів сильно запісочені глини не розпускають, а разом з опіснювачами подають на тонке розмелювання у кульові млини.

В глинах також часто зустрічаються домішки карбонатів (CaCO₃, MgCO₃). Це м’які мінерали невеликої твердості. При нагріванні вище 900 ^оС вони розкладаються з виділенням CO₂, що поризує черепок і обумовлює його високе водопоглинання після випалу. Грубозернисті карбонатні домішки у виробництві цегли призводять до утворення браку - “видуток”. Він полягає в тому, що під час випалу велике зерно не взаємодіє з глинистою масою, а залишається у вигляді вільного оксиду CaO (негашене вапно). Під час експлуатації, коли на нього потрапляє вода воно гаситься, збільшуючись в об’ємі. Напруження, що виникають при цьому є настільки великими, що можуть призвести до руйнування виробу. Щоб уникнути цього на заводах встановлюють додаткове переробне обладнання, яке повинно роздробити вапняк на дрібніші куски.

Залізисті домішки в глинах можуть знаходитись у вигляді оксидів (Fe₂O₃, Fe₃O₄, FeO), гідрооксидів чи сульфідів. Оксиди рівномірно розподілені у глинистій масі і на формувальні властивості значного впливу не виявляють. При випалі вони можуть дещо зменшувати температуру спікання маси і вогнетривкість виробу. Залізо, що знаходиться у вигляді піриту чи сидериту має високу міцність, практично не подрібнюється і під час випалу на виробі утворює чорні пропалені кратери “витопленці”.

З інших домішок в глинах присутні органічні залишки рослин, можуть бути природні гіпси тощо.