1 Теоретическая часть

Керамическими называют искусственные каменные материалы, по­лучаемые из минерального сырья с добавками или без них путем его формования, сушки и обжига при высоких температурах.

Основные свойства керамических материалов, такие как средняя плотность, прочность, теплопроводность, зависят от степени обжига и их структуры. При обжиге до температуры 950 - 1000°С получают изделия с пористостью 8 - 38 % (стеновые, кровельные, обли­цовочные, теплоизоляционные материалы). Высокие температуры обжига дают возможность получать изделия большей плотности, а значит, более прочные, водонепроницаемые (плитки для полов, до­рожный кирпич, канализационные трубы и др.).

К керамическим материалам, нашедшим широкое применение, относятся: кирпич обыкновенный (полнотелый) и эффективный (пустотелый); пустотелые керамические камни.

Кирпич – это керамическое штучное изделие, предназначенное для устройства кладок на строительных растворах.

Основное назначение кирпича - кладка стен, поэтому к нему предъявляются требования: по прочности на изгиб; по прочности на сжатие; по теплопроводности; по морозостойкости (для кладки наружных стен).

Сырьем для производства керамического кирпича служат, глав­ным образом, глинистые породы; кроме того, могут быть использо­ваны кремнеземистые породы (трепел, диатомит) и некоторые про­мышленные отходы (например, золы тепловых электростанций).

Для получения кирпича используют следующие способы:

1. пластического формования (методом экструзии);

2. полусухого прессования (способом компрессии).

По первому способу сырье раздробляют, увлажняют и переме­шивают с отощителем до получения пластичной однородной массы с влажностью примерно 20 - 25 %. Из такой массы на шнековых ленточных прессах формуют ленту (брус), разрезаемую на выходе из пресса на отдельные кирпичи, которые затем высушивают и об­жигают при температуре 1000°С (режим сушки и обжига устанав­ливают на основе исследования каждого вида сырья).

По второму способу кирпич прессуют под давлением до 15 МПа из порошка малой влажности (8 - 12 %), получаемого помолом сы­рья или сушкой суспензий в распылительных аппаратах, затем обжигают (сушка в данном случае необязательна).

Кирпичи отличаются по внешнему виду: кирпич пластического формования имеет шероховатую поверхность, видны следы формо­вания и резки; кирпич полусухого прессования имеет плотную, гладкую поверхность, более ровные грани и ребра, коническую форму пустот.

Полусухой способ производства керамического кирпича имеет преимущества перед пластическим: требует меньших затрат теплоты на сушку изделий; позволяет использовать малопластичные глины; уменьшается потребность в производственных площадях и рабочей силе. Однако у кирпича, получаемого полусухим способом, морозостойкость ниже, чем у кирпича, полученного пластическим формованием.

По прочности кирпич подразделяют на марки М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; клинкерный кирпич - М300, М400, М500, М600, М800, М1000; кирпич и камень с горизонтальными пустотами - М25, М35, М50, М75, М100.

По морозостойкости изделия подразделяют на марки F25, F35, F50, F75, F100, F200, F300.

Среднюю плотность кирпича следует определять отношением массы кирпича к его объему. Массу кирпича взвешивают на весах, а объем вычисляют по результатам обмера. Полученную среднюю плотность кирпича в воздушно-сухом состоянии ρ_ср следует сравнивать со средним значением для разных видов кирпича, приведенных в таблице 1.

Таблица – 1 Среднее значение плотности для разных видов кирпича

Кирпич	Масса одного кирпича в сухом состоянии, кг	Средняя плотность кирпича, кг/м3
Глиняный обыкновенный пластического формования Полусухого прессования (без пустот) Камней не более	3,45 - 3,75 16 16	1600-1750 1800-2000 не более 1400 - 1450
Глиняный полусух. прессования	3,65-4	1800 - 2000
Глиняный камень	16	Не более1400 - 1450

По показателю средней плотности изделия подразделяют на классы 0,7; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 2,0; 2,4., которые приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Классы средней плотности изделий

Класс средней плотности изделия	Средняя плотность, кг/м
0,7	До 700
0,8	710 – 800
1,0	810 – 1000
1,2	1010 – 1200
1,4	1210 – 1400
2,0	1410 – 2000
2,4	2010 - 2400

Отклонение единичного значения средней плотности ( для одного образца из пяти допускается не более: +50 кг/м – для классов 0,7; 0,8; и 1,0; +100 кг/м - для остальных классов.

По теплотехническим характеристикам изделия в зависимости от класса средней плотности подразделяют на группы в соответствии с таблицей 3.

Таблица 3 - Группы изделий по теплотехническим характеристикам

Класс средней плотности изделия	Группа изделий по теплотехническим характеристикам
0,7; 0,8	Высокой эффективности
1,0	Повышенной эффективности
1,2	Эффективные
1,4	Условно-эффективные
2,0; 2,4	Малоэффективные (обыкновенные)

 

1 - ширина; 2 - длина; 3 - толщина; 4 - ложок; 5 - постель; 6 - тычок Рисунок 1 - Фрагмент кладки

Размеры одинарного (обыкновенного) кирпича: 250×120×65 мм. Выпускают также кирпич и модульным размером 250×120×88, для такого кирпича обязательно наличие пустот.

Кирпич как стеновой материал должен иметь невысокую тепло­проводность, поэтому он должен быть не плотным, а пористым. Водопоглащение характеризует пористую структуру материала, а кос­венно - также и его теплопроводность. Чем больше водопоглащение кирпича, тем больше его пористость, а следовательно, тем меньше теплопроводность.

Непосредственное определение теплопроводности кирпича затруднительно, поэтому стандарты предусматривают косвенную характеристику структуры кирпича посредством методически более простого испытания на водопоглащение.

Водопоглащение - свойство материала поглощать и удерживать воду при непосредственном с ней соприкосновении. Различают водопоглащение по массе и объему.

Водопоглащением по массе называется количество воды, кото­рое может поглотить данный кирпич в стандартных условиях на­сыщения. Она характеризуется отношением в процентах массы во­ды, поглощенной в установленный срок полностью погруженным в воду кирпичом при нормальном атмосферном давлении, к массе того же кирпича в сухом состоянии.

Водопоглащением по объему называется отношение массы по­глощенной кирпичом воды к объему кирпича в естественном со­стоянии.

Для кирпича керамического полнотелого одинарного (нормаль­ного формата), согласно СТБ 1160, величина водопоглощения по массе должна быть не менее 8 %. Меньшее водопоглащение может иметь только пережженный керамический кирпич, а такой кирпич для кладки стен непригоден, так как характеризуется повышенной теплопроводностью.

2 Методика выполнения эксперимента

2.1 Оценка качества кирпича по внешнему виду

При производственном контроле качества кирпича от партии (10 тыс. шт. кирпича ) отбирают пробу в количестве 0,5 % , но не менее 100 шт и направляют в лабораторию на испытание не менее 30 шт.

Для внешнего осмотра и обмера отбирают 5 штук кирпича и производят сравнение с эталонным. При сравнении устанавливают наличие недожога или пережога. На недожог указывает более светлый алый цвет кирпича, глухой звук при ударе молотком. Пережженный кирпич имеет бурый цвет; он, как правило, искривлен, характеризуется оплавлением и вспучиванием.

С помощью металлической линейки проверяют линейные размеры кирпича с погрешностью до 1 мм и полученные результаты сравнивают с размерами согласно размеров, указанных в ГОСТ 530 « Кирпич и камни керамические».

С помощью линейки замеряют дефекты, имеющиеся на образце: трещины, отбитости, искривления, записывают величины и сравнивают с ГОСТ.

Допустимые отклонения от номинальных размеров кирпича в соответствии с ГОСТ приведены в таблице 4.

Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Должен быть не менее 16 мм, ширина щелевых пустот - не более 12 мм. Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превы­шать 5 %. Количество половняка в партии не должно быть более 5 %. Пустоты в кирпиче и камнях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными. Диаметр несквозных пустот не ограничивается. Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными краями. Общее количество кирпича и камней с отбитостями не должно превы­шать 5 %.

Количество половняка в партии не должно быть более 5 %. Пустоты в кирпиче и камнях располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными или несквозными.

Таблица 4 - Допустимые отклонения от номинальных размеров кирпича

Показатели	Допускаемые отклонения
	кирпича пластического формования	камней, мм полусухого формования
Отклонения от размеров, мм:
по длине	+5	+5
ширине	+4	+4
толщине кирпича	+3	+3
толщине камня	+4	+4
Искривления граней и ребер:
по постели	+3	+3
по ложку	+3	+3
Отбитости и притупленности, мм, ребер, не доходящие до пустот, длиной не более 10-15 мм и глубиной не более 10 мм	2	2
Отбитости углов до 10 - 15 мм, не более 2 на кирпич	2	2
Включения песка и глины диаметром от 5 до 10 мм в изломе (дутики)	—	—
Отколы верхней постели пустотных изделий, мм	—	10
Недогас (дефект недогашеной смеси)	Не допускается	Не допускается
Недожог и пережог	—	—
Шероховатость или срыв не лицевой грани	Не допускается	Не допускается

2.2 Определение марки кирпича

Предел прочности кирпича определяют при сжатии на образцах, состоящих из двух целых изделий или из двух его половинок. Далее, приготавливают раствор из цемента и песка в соотношении 1:1, соединяют кирпичи и выдерживают трое суток в помещении при температуре 20⁰ С и относительной влажности воздуха 60 - 80 %. При испытании нагрузка на образец должна возрастать непрерывно и равномерно со скоростью, обеспечивающей его разрушение через 20 - 60 с после начала испытания. Предел прочности при сжатии образца, МПа вычисляют по формуле

R_cж = Р_разр/S, [МПа] (1)

где Р_разр. – разрушающая нагрузка, кгс;

S- площадь поперечного сечения образца, см².

При вычислении предела прочности при сжатии образцов из кирпича толщиной 88 мм результаты испытаний умножают на коэффициент 1,2. Предел прочности при изгибе образца, вычисляют по формуле

Rизг = 3Pl/2bh², [МПа] (2)

где l - расстояние между осями составляет (l = 200мм);

b- ширина образца, м (см);

h- высота образца посредине пролета, м (см).

Предел прочности при сжатии находят с погрешностью до 0,1 Мпа, при изгибе – до 0,05 МПа, в обоих случаях как среднее арифметическое результатов испытания пяти образцов. При определении марки кирпича учитываются также минимальные результаты испытаний.

За окончательный результат принимают средний из пяти определений, так же учитываю наименьший результат из пяти испытаний. Данные сравнивают с таблицей 5. Определяют марку кирпича.

Таблица 5 – Марки керамического кирпича

Марка изделия	Предел прочности, не менее
	при сжатии		при изгибе
	всех видов изделий		одинарного и утолщенного полнотелого кирпича		утолщенного пустотелого кирпича
	средний для пяти образцов	наимень- ший из пяти значений	средний для пяти образцов	наименьший из пяти значений	средний для пяти образцов	наименьший из пяти значений
300 250 200 175 150 125 100 75	30,0 (300) 25,0 (250) 20,0 (200) 17,5 (175) 15,0 (150) 12,5 (125) 10,0 (100) 7,5 (75)	25,0 (250) 20,0 (200) 15,0 (150) 13,5 (135) 12,5 (125) 10,0 (100) 7,5 (75) 5,0 (50)	4,0 (40) 3,5 (35) 3,2 (32) 3,0 (30) 2,7 (27) 2,4 (24) 2,0 (20) 1,6 (16)	2,7 (27) 2,3 (23) 2,1 (21) 2,0 (20) 1,8 (18) 1,6 (16) 1,3 (13) 1,1 (11)	2,4 (24) 2,0 (20) 1,8 (18) 1,6 (16) 1,5 (15) 1,2 (12) 1,0 (10) 0,8 (8)	1,8 (18) 1,6 (16) 1,3 (13) 1,2 (12) 1,1 (11) 0,9 (9) 0,7 (7) 0,5 (5)

2.3 Определение водопоглощения, морозостойкости кирпича

Водопоглощение керамических кирпича и камней, высушенных до постоянной массы, для полнотелого кирпича должно быть не менее 6 %, для пустотелых изделий - не менее 8 %. Водопоглощение ускоренно следует определять (после погружения кирпича в воду) кипячением в течение четырёх часов. Взвешивать кирпич следует после остывания его до комнатной температуры в ванне с водой, остужать кирпич постепенным доливанием в ванну воды комнатной температуры. Взвешивать после удаления капельной влаги с поверхностей кирпича пу­тем промокания фильтровальной или газетной бумагой.

Водопоглощение следует вычислять по формуле

В = [m₂ – m₁] 100 % / m₁, [%] (3)

где В - водопоглощение, %;

m₂ - масса кирпича в водонасыщенном со­стоянии, г;

m₁ - масса кирпича в сухом состоянии, г.

На повышенное водопоглощение кирпича указывает увеличенное чис­ло в нем трещин, главным образом мелких, а также редких глубоких. Слоистая структура кирпича также говорит о его повышенном водопоглощении и как результат - пониженная морозостойкость кирпича.

Упрощенный способ определения водопоглощения состоит в том, что на поверхность материала капают воду или чернила. Водопоглощение оцени­вают по быстроте впитывания капли. При водопоглощении до 3 % капля практически не впитывается, при 5 - 8 % - впитывается частично, более 10 % - капля быстро впитывается.

Отобранные для испытания образцы нумеруют и осматривают, фиксируя имеющиеся трещины, отколы и другие дефекты, допускаемые стандартом на изделия. Затем отобранные образцы высушивают до постоянной массы и фиксируют ее значение для каждого образца.

Насыщение образцов водой производят так же, как при определении водопоглощения. Замораживание образцов и последующее оттаивание производят в контейнерах, в которых расстояние между изделиями должно быть не менее 20 мм. Температура в камере при замораживании должна быть минус (18±2)°С. Продолжительность одного замораживания — не менее 4 ч; перерывы процесса замораживания не допускаются.

После окончания замораживания образцы в контейнерах погружают в воду с температурой (20±2)°С, поддерживаемую термостатом в течение всего процесса оттаивания. Продолжительность оттаивания должна быть не менее половины продолжительности замораживания.

Продолжительность одного цикла «замораживания - оттаивания» не должна превышать 24 ч.

После окончания испытания на морозостойкость или при его временном прекращении образцы после оттаивания хранят в ванне с гидравлическим затвором. При возобновлении испытаний вновь производят водонасыщение образцов по принятой методике.

При оценке морозостойкости по степени повреждений после проведения требуемого числа циклов «замораживания — оттаивания» производят визуальный осмотр образцов с фиксацией появившихся дефектов. При оценке морозостойкости по потере массы после проведения требуемого числа циклов «замораживания - оттаивания» образцы керамических изделий высушивают до постоянной массы.

За значение потери массы изделий принимают среднее арифметическое результатов испытания всех образцов, рассчитанное с точностью до 1 %.

Потеря массы образцов определяется по формуле

M = [m₁ – m₃]100 % m₁, [%] (4)

где m₁ - масса насыщенного водой образца перед испытанием, г;

m₃ –то же, после испытания, г.

3 Результаты эксперимента

Таблица 6 – Определение марки керамического кирпича

Наименование материала

l, см

Размеры,см

Pизг, кгс

S, см2

Pзж, кгс

Rизг, МПа

Rзж, МПа

Марка

b

h

Керамический кирпич

20

11,8 11,8 12,2 11,9 12,0

6,50 6,49 6,51 6,60 6,50

1200 1270 1200 1270 1200

130 131 136 128 132

25800 26000 25500 25350 25900

7,2 7,9 7,6 7,4 7,5

19,8 19,8 18,7 19,8 19,6

М 175

min = 7,52 min = 19,74

ср = 7,5 ср = 19,6

Таблица 7 – Определение водопоглощения

Наименование материала	mсух, г	mнас, г	Вm, %	ГОСТ, %
Керамический кирпич	3715	4045	8,9	Не менее 6

Таблица 8 – Определение средней плотности керамического кирпича

Наименование материала	m, г	Размеры,мм			V, см3	0,кг/м3	Класс по средней плотности	Группа по теплотехническим характеристикам
		l	b	h
Керамический Кирпич светложгущий пустотелый	3655	247	118	65	1894	1930	2,0	Малоэффективный (обыкновенный)
	3635	246	118	64	1858	1955
	3640	253	122	65	2000	1815
	3800	247	119	66	1940	1958
	3700	247	120	65	1927	1920

_0ср = 1916

Таблица 9 – Оценка качества керамического кирпича

Наименование показателя	Требования ГОСТ 530-2012	Номер образца
		1	2	3	4	5
Предельные отклонения от номинальных размеров, мм - по длине - по ширине - по толщине	± 4 ± 3 ± 3(ряд.) ±2(лиц)	- 3 - 2 0	- 4 - 2 - 1	+ 3 + 2 0	- 3 - 1 - 1	- 3 0 0
Отклонение от перпендикулярности смежных граней не допускается более, мм	3	1	3	6	5	3
Отклонение от плоскости граней изделий не допускается более, мм	3	2	3	4	3	5
Отбитости углов глубиной, отбитости рёбер и граней длиной более 15 мм, шт.	Лиц. – не доп. Ряд - 4	6	3	1	2	5
Вспучивающиеся включения глубиной до 3 мм для лицевых – общей площадью не более, % для рядовых – общей площадью не более, %	0,2 1,0	4	11	5	6	2
Отдельные посечки суммарной длиной, мм, не более	Лиц – 40 Ряд. – не реглам	0	0	0	0	0
Трещины, шт.	Лиц. – не доп. Ряд -4	9	3	17	2	5
Высолы	Лиц. – не доп. Ряд. – не реглам.	0	0	0	0	0

Вывод: в ходе лабораторой работы изучили методики стандартных испытаний кирпича на лабораторном оборудовании для определении физико-механических свойств.

Среднюю плотность керамического кирпича определяли путём предварительного взвешивания и измерения керамического кирпича, далее находили объём и плотность. Исходя из значения плотности, установили класс средней плотности – малоэффективный.

Водопоглощение керамического кирпича определяли путём измерения кирпича в сухом и насыщенном водой состояниях.

Марку керамического кирпича определяли путём нахождения предела прочности при сжатии ,а также при изгибе кирпича и последующем сравнении результатов с таблицей определения марки керамического кирпича.

Оценку качества кирпича по внешнему виду производили путём внешнего осмотра и обмера 5 штук кирпича и сравнения с эталонным.

Лабораторная работа № 5

«Изучение свойств силикатного кирпича»

Цель работы: изучить способы производства силикатного кирпича, классификацию согласно ГОСТ, методики испытания свойств силикатного кирпича.