УДК 691.4 (075.8) ББК 35.41я73

Р288

Рецензент

д-р техн. наук, проф. А.Ф. Косач (ЮГУ, г. Ханты-Мансийск)

Ращупкина, Марина Алексеевна.

Р288 Современные технологии производства керамических материалов и искусственных пористых заполнителей. Часть I [Электрон-

ный ресурс]: методические указания к выполнению лабораторных работ / М.А. Ращупкина, П.П. Дерябин, И.Н. Кузнецова. – Электрон. СибАДИ

дан. – Омск : СибАДИ, 2017. – URL: http://bek.sibadi.org/cgi-bin/irbis64r plus/cgiirbis 64_ft.exe. - Режим доступа: для авторизованных пользователей.

Изложены необходимые теоретические сведения о керамических материалах, даны методические рекомендации по выполнению лабораторных работ, в том числе научно-исследовательских, связанных с изучением основных свойств глинистого сырья, добавок и изделий на их основе.

Систематизированы и представлены методики определения физико-техническихсвойств глинистого сырья и изделий на основе керамики. Направлены на выработку умения использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, при-

менять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования, на овладение технологией, методами доводки и освоения технологических процессов строительного производства, производства строительных материалов, изделий и конструкций, машин и оборудования, а также на формирование спосо ности составлять отчеты по выполненным работам, участвовать во внедрении результатов исследований и практических разработок.

Имеют интерактивное оглавление в виде закладок.

Предназначены для использования студентами, обучающ м ся по направлению 08.04.01 «Строительство» (магистратура).

Текстовое (с мвольное) издание (400 КБ)

Системные требования : Intel, 3,4 GHz ; 150 МБ ; Windows XP/Vista/7 1 ГБ свободного места на жестком диске ; программа для чтения pdf-файлов

Adobe Acrobat Reader ; Google Chrome

Редактор Н.В. Павлова Издание первое. Дата подписания к использованию 30.06.2017

Издательско-полиграфический комплекс СибАДИ. 644080, г. Омск, пр. Мира, 5 РИО ИПК СибАДИ. 644080, г. Омск, ул. 2-я Поселковая, 1

© ФГБОУ ВО «СибАДИ», 2017

Введение

Технология керамики является наукой о методах изготовления керамических изделий с заданными свойствами.

Керамические изделия и материалы обладают различными свойствами, которые определяются химическим составом исходного сырья, методами его переработки, а также условиями обжига – газовой средой, температурой и длительностью.

Керамические изделия изготовляются из природных глин с отощающими добавками и плавнями путем формования из пластичных масс с последующей сушкой и обжигом при высоких температурах. При этом в результате спекания образуется прочный каменный материал, называемый керамическим черепком. Достоинства керамических изделий: высокая прочность и химическая стой-

кость к кислотам и щелочам, к истиранию, гигиеничность. Недостатки: хрупкость, невысокая термостойкость, энергоемкость, высокая стоимость.

и пористые – более 5%. Пористые материалы И– кирпич глиняный, стеновые камни, черепица, облицовочные плитки и трубы керамические. Плотными яв-

Классификация керамики производится по плотности, прочности и по

назначению.

По плотности изделия делят на плотные с водопоглощением менее 5%

- санитарно-технические: ванны, умывальники, унитазы, трубы канализационные и дренажные;

- кровельные: черепица ленточная, пазовая и коньковая; - теплоизоляционные: диатомитовый кирпич, керамзит, аглопорит; - огнеупорные: шамот, динас, окисная керамика; - кислотоупорные: плиты, резервуары и их детали, трубы.

По качеству переработки сырья керамику делят на грубую и тонкую:

-грубая: кирпич, черепица, плитки фаянсовые и для полов;

-тонкая: фарфор и полуфарфор.

3

Общая классификация керамических материалов и изделий

4

Окончание таблицы

5

Грубая керамика изготовляется чаще из одних глин или из глин с небольшим количеством добавок грубого помола. Обычно она пористая с высоким водопоглощением, за исключением плиток для полов, которые обжигают почти до полного спекания. Тонкую керамику изготовляют из глин с добавлением до 50 – 60% отощающих материалов и плавней, которые измельчают до полного прохода через сито 0,08 мм (остаток не превышает 5 – 6 %).

Свойства керамики специфичны для пластичных масс и для готовых изделий. Основные свойства изделий: прочность при изгибе и при сжатии, водопоглощение и морозостойкость, истираемость.

Предел прочности при изгибе, МПа, керамических материалов Rиз

зависит прежде всего от их структуры. Например, кирпич полусухого прессования имеет меньшую величину Rиз, чем кирпич пластического

формования, изготовленный из тех же глин, даже при равной прочности при сжатии. Предел прочности при изгибе Ирегламентируется ГОСТами

для кирпича, поскольку в стене он испытывает не только сжимающие, но и изгибающие нагрузки из-за деформацийДповерхности. Этот показатель

регламентируется и для некоторых других керамических изделий. Обычно он находится в пределах 0,7 – 5 МПа.

сти, структуры и водопоглощенияА. По ее величине определяют марку стеновой керамики, по отношениюипрочности насыщенных и сухих образцов

Прочность при сжатии, МПа, характеризует сопротивление сжи-

мающим нагрузкам вышележащихбслоев кладки. Она зависит от пористо-

– коэффициент водостойкости Кв или размягчения. Материал считается водостойким, если К больше 0,7.

МорозостойкостьСв − это способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и понижения прочности. Марки по морозостойкости характеризуются количеством теплосмен от– 15…– 20 °С до+ 18 ± 2 °С, которое выдерживает материал без признаков разрушения. Существуют мар-

ки F15, F25, F35, F50.

Исследования влияния характера пор на морозостойкость керамики выявили, что все поры делятся на три вида: опасные, безопасные и резервные.

Опасные поры заполняются холодной водой при насыщении. В них она удерживается при извлечении материала из воды и замерзает при температуре – 15…– 20 °С. Диаметр этих пор от 200 до 0,1 мкм.

Безопасные поры при насыщении водой не заполняются, либо заполнившая их вода не замерзает при указанных температурах, так как они очень мелкие. Заполняющая их вода становится пристеночной адсорбированной

6

влагой с растворенными в ней солями. Она замерзает при температуре значительнониже– 20 °С.

Резервные поры при насыщении полностью заполняются холодной водой, но при извлечении образца из воды она частично вытекает, вследствие малых капиллярных сил, и поры остаются незаполненными, оставляя резерв для расширения при замораживании. Это крупные поры диаметром более 200 мкм.

Вода при замерзании расширяется всего на 9%, но давление при этом может достигать 280 МПа. Керамика будет морозостойкой, если объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема замерзающей воды в опасныхпорах.Этоусловие называют структурной характеристикойС ивыражаютвпроцентах:

C=V /(V –V ),

р оп Ир

в условиях воздействия на них внешней среды. Поэтому марки по морозостойкости регламентированы ГОСТами для стеновых фасадных, кровель-

где Vp и Voп – объем пор соответственно резервных и опасных. Морозостойкость определяет долговечностьДкерамических материалов

ных изделий.

Теплопроводность керамикибАзависит от ее плотности, состава, вида и размера пор. Она резко возрастает с увеличением влажности.

Паропроницаемостьидействующими ГОСТами и ТУ не регламентирована. Однако в некоторых случаях она влияет на долговечность строительных конструкций. Н зкая паропроницаемость стеновых материалов может явиться причинойСпотен я внутренней поверхности стен, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха.

Сырьевые материалы, используемые при изготовлении керамических изделий, можно разделить на две основные группы:

1. Глинистые

Это глины и каолины. Согласно ГОСТ 9169-75 глинистое сырье представляет собой горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов (каолинит, монтмориллонит, гидрослюда).

В техническом понимании глинами называют горные землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает некоторой прочностью (связностью), а после обжига приобретает камнеподобные свойства.

Согласно ГОСТ 9169-75 глинистое сырье классифицируют:

-по огнеупорности;

-содержанию А12О3;

7

-содержанию красящих оксидов (Fe2О3, ТiO2);

-содержанию водорастворимых солей;

-минеральному составу;

-содержанию тонкодисперсных фракций;

-содержанию крупнозернистых включений;

-пластичности;

-механической прочности на изгиб в сухом состоянии;

-спекаемости;

-содержанию свободного кремнезема.

2. Непластичные материалы и добавки

Добавки к глинам вводятся для регулирования свойств керамики и снижения расхода дефицитных глин. По влиянию на свойства они делятся

на отощающие, выгорающие, флюсующие, химические и специального назначения.

Флюсующиеся добавки (плавни) – это материалыИ, взаимодействующие в обжиге с глинистыми минералами с образованием более легкоплав-

Отощающие добавки – это материалы, снижающие пластичность и усадку глин в сушке и обжиге. К ним относятся кварц, шамот, золы, шла-

ких соединений. Поэтому введение в составДмассы плавней улучшает степень спекания и снижает температуру обжига. Плавни делят на две груп-

ки и др.

пы: флюсующие, имеющие низкуюАтемпературу плавления, – полевые шпаты, пегматиты, с ен ты – материалы с высокой температурой плав-

ления, но дающие приио жбге легкоплавкие соединения с компонентами массы – мел, долом т, тальк.

золы ТЭЦ. С

Выгорающие добавки выгорают в обжиге почти целиком (за исключением зольной части). В технологии керамики они чаще применяются

при производстве стеновых материалов. К ним относятся опилки, уголь,

Процесс изготовления керамических изделий в основном состоит из следующих операций.

1.Добыча сырьевых материалов, изучение их состава и свойств, очистка от примесей и подготовка к производству. Подготовка к производству заключается в дроблении, помоле, просеивании, подсушке и т.д. в зависимости от принятой технологической схемы производства изделий.

2.Составление керамических масс. Этому предшествует лабораторное опробирование сырьевых материалов, расчет или подбор состава масс

илабораторное испытание их для изготовления изделий. Составление производственных масс состоит из весовой дозировки сырьевых материа-

8

лов, смешивания их, домола, увлажнения, тщательного перемешивания для придания массе полной однородности.

3.Формование керамических изделий одним из следующих способов

–пластическим формованием, прессованием (полусухим или сухим), литьем из шликеров.

4.Сушка полуфабриката и дополнительная отделка изделий в сухом состоянии.

5.Глазурование изделий.

6.Обжиг полуфабриката и превращение его в камень.

7.Декорирование, раскраска, окраска и другие виды отделки изде-

лий.

9