4. Виды керамических материалов

Стеновые материалы представляют наиболее распространенную группу керамических материалов. По средней плотности в сухом состоянии стеновые материалы подразделяют на три группы:

эффективные, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению с толщиной стен, выполненных из обыкновенного кирпича; средняя плотность эффективного кирпича не более 1400 кг/м³, а керамических камней – не более 1450 кг/м³;

условно эффективные, улучшающие теплофизические свойства ограждающих конструкций; средняя плотность условно эффективного кирпича - 1400 – 1600 кг/м³, керамических камней - 1450 – 1600 кг/м³;

средняя плотность обыкновенного кирпича свыше 1600 кг/м³.

Стеновые материалы имеют пористый черепок. Пористость косвенно контролируется водопоглощением, минимальная величина которого должна быть 6– 8%. Морозостойкость стеновых керамических материалов должна быть не менее 15 циклов попеременного замораживания – оттаивания.

Кирпич глиняный обыкновенный имеет форму параллелепипеда с ровными гранями и прямыми ребрами и углами; размеры кирпича - 250х120х65 или 250х120х88 мм. Для кирпича толщиной 88 мм обязательно наличие круглых или щелевых пустот, что позволяет снизить среднюю плотность и экономить сырье. Формуют кирпич пластическим или полусухим способами. Средняя плотность находится в пределах 1600 – 1800 кг/м³, а теплопроводность - 0,75 – 0,81 Вт/м°С. Прочность кирпича характеризуется пределом прочности при сжатии и изгибе и обозначается марками 75, 100, 125, 150; 200; 250 и 300. По морозостойкости кирпич подразделяют на марки МРЗ 15, 25, 35 и 50.

Кирпич должен быть нормально обожжен, удовлетворять требованиям стандарта по внешнему виду. Это устанавливается путем осмотра и обмера по следующим признакам: отклонение от установленных размеров, искривления, отбитость углов и ребер, наличие сквозных трещин, проходящих поперек кирпича. Кирпич применяют для кладки наружных и внутренних стен, кладки дымоходов и труб в зонах, где температура не превышает температуры обжига кирпича, изготовления стеновых блоков и панелей. Кирпич полусухого прессования не допускается использовать для кладки фундаментов и цоколей ниже гидроизоляционного слоя.

Кирпич пустотелый пластического формования имеет сквозные щелевидные или круглые отверстия, а полусухого прессования – сквозные или несквозные пустоты различной формы. Пористо-пустотелый кирпич получают аналогично пустотелому, но в состав керамической массы вводят выгорающие добавки.

По средней плотности эти виды кирпича могут быть эффективными и условно эффективными; по пределу прочности при сжатии и изгибе - марок 75, 100, 125, 150. Пустотелый кирпич применяют наравне с обыкновенным, за исключением кладки фундаментов, подземных частей стен, печей и дымовых каналов.

Облицовочные материалы и изделия подразделяют на кирпич лицевой (сплошной и пустотелый), камни лицевые, ковровую керамику, малогабаритные плитки, фасадные детали. Фасадные изделия должны иметь водопоглощение от 6 до 14% и морозостойкость не ниже МРЗ 25.

Кирпич облицовочный и камни лицевые керамические отличаются от обыкновенных большей плотностью, точностью формы и размеров, а также однородностью цвета и оттенка в одной партии. Эти материалы изготовляют из высококачественных легкоплавких глин. Лицевые кирпич и камни укладывают в стену здания в перевязку с обыкновенными и они несут одинаковую с ними нагрузку. По пределу прочности при сжатии кирпич разделяют на марки 75, 100, 125, 150, 200, 250 и 300.

Ковровая керамика представляет собой мелкоразмерные керамические плитки различного цвета, глазурованные и неглазурованные. Заводы выпускают мозаичные плитки с наклейкой их лицевой стороной на плотную бумагу, в результате чего образуется ковер. Размеры плиток полусухого прессования – 48х48, 22х22, 48х22 мм при толщине 3 – 4 мм. Ковровая керамика является одним из наиболее индустриальных керамических материалов и широко используется для облицовки наружных панелей и блоков при изготовлении их на заводах, стен вестибюлей, лестничных клеток, а также санузлов и кухонь вместо штучных облицовочных плиток.

Плиты керамические фасадные предназначены для облицовки фасадов зданий. В зависимости от конструкции, способов изготовления и методов крепления плиты разделяют на закладные и прислонные. Закладные плиты устанавливают во время кладки стен, а прислонные крепят на растворе после возведения и осадки здания. Выпускают плиты размером начиная от 250х215 мм с допусками ± 5 мм по длине и ± 3 мм по ширине. Морозостойкость не менее МРЗ 25, водопоглощение должно быть не более 12%.

Керамические изделия для внутренней облицовки зданий подразделяют на две группы: для облицовки стен и для покрытия полов.

Для облицовки стен применяют майоликовые и фаянсовые плитки. Майоликовые плитки изготовляют из легкоплавких глин с добавлением 20% углекислого кальция. Пористый черепок этих плиток с лицевой стороны покрывают глазурью. После этого майоликовые плитки дважды обжигают после сушки сырца и после нанесения глазури. Слой глазури обеспечивает плиткам полную водонепроницаемость и высокие декоративные качества.

Фаянсовые плитки изготовляют из тугоплавких глин с добавкой кварцевого песка. Для понижения температуры плавления вводят плавни: полевой шпат, мел, известняк. Плитки имеют слабоокрашенный или белый черепок. Лицевую сторону также покрывают глазурью. Технологическая схема глазурованных фаянсовых плиток показана на рис. 11.

Рис. 11. Принципиальная технологическая схема производства фаянсовых глазурованных плиток:

1 – бункер сырьевых материалов; 2 – вагонетка; 3 – шаровая мельница; 4 – удаление примесей электромагнитом; 5 – бассейн для массы с мешалкой; 6 – насос; 7 – распылительное сушило; 8 – транспортер; 9 – просев порошка; 10 – расходный бункер; 11 – прессование плиток; 12 – сушило; 13 – глазурование; 14 – печь для обжига; 15 – сортировка и упаковка.

Плитки должны иметь правильную форму, без искривлений и трещин. Допускаемые отклонения по размерам не должны превышать ± 1,5 мм, отклонение стороны прямого угла не более 0,5 мм. Водопоглощение плиток не должно превышать 16%. Ассортимент плиток разнообразен – 28 типоразмеров: рядовые квадратные 150х150 мм и прямоугольные 150х100; 150х75 мм, карнизные, плинтусные и т.д. Толщина фаянсовых плиток – не более 6 мм, глиняных и плинтусных – не более 10 мм. По характеру поверхности они могут быть гладкими, рифлеными или иметь многоцветный рисунок, наносимый методом сернографирования.

Плитки для полов изготовляют из каолиновых глин с добавкой отощающих веществ, плавней, окрашивающих веществ; формуют их прессованием полусухой массы и обжигают до спекания. Водопоглощение плиток не должно быть больше 4%, а истирание – 0,1 г/см².

Полы из керамических плиток практически водонепроницаемы, характеризуются малым истиранием, не дают пыли, легко моются, долговечны, обладают стойкостью к действию кислот и щелочей. Недостатком таких полов являются высокая хрупкость, большая теплопроводность и высокая трудоемкость их возведения.

Плитки изготовляют размерами от 50 до 150 мм и толщиной 10 – 13 мм. Применяют в помещениях с влажным режимом и повышенной интенсивностью движения – бани, ванные комнаты, кухни, коридоры, станции метрополитена, промышленные здания.

Огнеупорные материалы изготовляют в виде кирпича, блоков, плит и фасонных элементов из различных сырьевых компонентов по технологии, близкой к керамической (формование или прессование, сушка, обжиг). По степени огнеупорности их разделяют на огнеупорные (1580 – 1770 °С), высокоогнеупорные (1770 – 2000 °С) и высшей огнеупорности (выше 2000 °С), а в зависимости от химико-минералогического состава - на кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезиальные, хромистые, углеродистые. Наибольшее распространение получили кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупорные изделия.

Кремнеземистые (динасовые) изделия получают из кварцевых пород (кварц, кварцит, кварцевый песок) с добавкой глины обжигом. Огнеупорность изделий до 1730°С, они имеют достаточную прочность (15 – 35 МПа). Применяют динасовые изделия для кладки сводов и стен мартеновских и стекловаренных печей. Кварцевое стекло получают плавлением кварца. Оно обладает хорошей термостойкостью и весьма высокой плотностью.

Алюмосиликатные огнеупоры в зависимости от содержания и в обожженном продукте разделяют на три вида: полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Полукислые огнеупоры изготовляют обжигом кварцевых пород на глиняной или каолиновой связке. Огнеупорность изделий на каолиновой связке не ниже 1710°С, на глиняной – не ниже 1580°С. Их применяют для футеровки коксовых линий, вагранок и т.д.

Шамотные огнеупоры получают из огнеупорных глин и каолинов, отощенных шамотом из этой же глины. Огнеупорность шамотных материалов – до 1730°С, а прочность при сжатии - 10 – 12,5 МПа. Они отличаются термической стойкостью и шлакоустойчивостью. Применяют их для кладки доменных печей, облицовки топок паровых котлов, дымоходов и т.д.

Высокоглиноземистые огнеупоры изготовляют из высокоглиноземистого глинистого сырья с содержанием глинозема более 45% (бокситы, диаспор, корунд) обжигом до спекания или методом литья из расплавов. Эти изделия имеют огнеупорность до 2000°С и высокую теплоустойчивость. Применяют для кладки стекловаренных печей.

Гравий керамзитовый (пористый гранулированный материал ячеистого строения с закрытыми мелкими порами) получают путем обжига, сопровождающегося вспучиванием легкоплавкой глиняной массы.

По размеру зерен гравий подразделяют на три фракции: 5 – 10; 10 – 20; 20 – 40 мм. Основной характеристикой керамзитового гравия является средняя насыпная плотность, по которой его подразделяют на 12 марок (от 150 до 800 кг/м³). Содержание в гравии расколотых зерен не должно превышать 15% по массе, морозостойкость должна быть не менее МРЗ 15, причем потеря массы не должна превышать 8%, водопоглощение по массе должно быть не более 15 – 25% в зависимости от марки гравия.

Сырьем для производства гравия служат легкоплавкие глины, содержащие 6 – 12% окислов железа, 2 – 3% щелочных окислов и до 3% органических примесей, трепелы, глинистые сланцы, а также золы тепловых станций, способные вспучиваться при термической обработке.

Технологический процесс производства керамзитового гравия можно разделить на четыре этапа: подготовка глиняной массы, формование гранул, тепловая обработка, охлаждение готового гравия.

Глиняную массу можно подготовить сухим или пластическим способом. Более распространен пластический способ. Им перерабатывают рыхлые глины, которые после обработки на зубчатых вальцах и в глиномешалке поступают на дырчатые вальцы, где формуют гранулы. Керамзитовый гравий обжигают во вращающихся печах барабанного типа при температуре до 1300°С в течение 30 – 60 мин, затем охлаждают в барабанных охладителях.

Черепица глиняная изготавливается шести типов: пазовая штампованная и ленточная, плоская и волнистая ленточная, S-образная ленточная и коньковая.

По форме и размерам черепица должна соответствовать требованиям стандарта, не иметь короблений и трещин, искривление поверхности ребер допускается не более 4 мм, иметь морозостойкость не менее МРЗ 25, глубина пазов черепицы должна быть не менее 5 мм, высота шпонов для подвески должна быть не менее 20 мм, на тыльной стороне черепицы должно иметься ушко с отверстием для привязки ее к обрешетке.

Основным сырьем для производства черепицы является легкоплавкая пластичная глина, которую тщательно обрабатывают для разрушения природной структуры, удаления твердых включений и повышения пластичности. Целесообразно вводить в глиняную массу 10 ‑ 15% шамота, что уменьшает усадку и коробление изделий. Схема производства ленточной черепицы показана на рис. 12.

Рис. 12. Технологическая схема производства ленточной черепицы:

1 – хранилище глины; 2 – грейферный кран; 3 – ящичный подаватель; 4 – конвейер; 5 – камневыделительные вальцы; 6 – бегуны мокрого помола; 7 – вальцы тонкого помола; 8 – вакуумный пресс; 9 – автомат разрезки; 10 - вагонетки;11 – туннельная сушилка; 12 – вагонетка; 13 – туннельная печь.

Керамические канализационные трубы изготовляют диаметром от 150 до 600 мм с градацией 50 мм, они имеют плотный спекшийся черепок и покрыты изнутри и снаружи глазурью. Сырьем для производства служат огнеупорные и тугоплавкие глины с добавкой тонкомолотого шамота. Канализационные трубы формуют с раструбом на трубных прессах, высушивают, покрывают глазурью и обжигают при температуре 1250 – 1300 °С. Глазурь создает внутри труб гладкую водонепроницаемую поверхность, увеличивает их химическую стойкость и уменьшает гидравлическое сопротивление при прохождении сточных жидкостей.

Технология изготовления заключается в следующем. Глину освобождают от крупных камней и подвергают грубому помолу, после чего подсушивают, измельчают в дезинтеграторах и просеивают. Параллельно идет приготовление из глины шамота, т.е. измельчение и увлажнение глины, ее обжиг на шамот и дробление шамота. Отдозированную глину и шамот подают последовательно в два глиносмесителя. В первом материалы перемешивают насухо, а во втором – влажное перемешивание до заданной пластичности. Из приготовленной массы на ленточных прессах формуют полуфабрикаты (валюшки), которые направляют на вылеживание в камере, а затем – в формовочные отделения. Формование производят на специальных трубных прессах. После подвяливания производят сушку в вертикальном положении в туннельных сушилках, глазурование и обжиг в туннельных печах в течение 45 – 60 ч.. Технологическая схема производства показана на рис. 13.

Дренажные трубы имеют технологический процесс изготовления аналогичный канализационным. У дренажных труб диаметр - 25, 40, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 и 250 мм, длина - 333 – 500 мм, сверху они покрыты глазурью и имеют отверстия диаметром 5 мм, через которые поступает вода.

Санитарно-технические изделия могут быть:

из твердого фаянса, отличающегося пористым черепком;

из санитарного фарфора, обладающие спекшимся черепком;

из полуфарфора, имеющие полуспекшийся черепок.

Фаянс, полуфарфор и фарфор вырабатывают из одинакового сырья, взятого в различных соотношениях для изделий каждой группы (беложгущиеся огнеупорные глины и каолины, кварц, полевой шпат).

В настоящее время в нашей стране санитарно-строи­тель­ную керамику (унитазы, смывные бачки, умывальники, ванны) изготовляют преимущественно из твердого фаянса.

Сырьевые материалы, применяемые для изготовления санитарно-технических изделий, проходят следующую переработку: помол, отмучивание, просеивание и другие операции, при помощи которых обеспечивается однородность и тонкое измельчение материалов. После этого их замешивают водой в сметанообразную массу – шликер. Санитарно-технические изделия изготовляют преимущественно способом литья в гипсовых формах. После впитывания гипсом избытка воды изделия вынимают из гипсовых форм, подвяливают, оправляют и подают в сушилку для досушивания, затем покрывают глазурью и обжигают при температуре 1250 – 1300°С.

Рис 13. Принципиальная технологическая схема производства керамических канализационных труб:

1 – склад сырья; 2 – бункер с решеткой; 3 – стругач для измельчения глины; 4 – сушильный барабан; 5 –дезинтегратор для измельчения глины; 6 – дозатор глины и шамота; 7 – шнек для увлажнения и смешения глины; 8 – вальцы для брикетирования глины; 9 – шахтная печь для обжига глины на шамот; 10 – измельчитель шамота; 11 – шнек для смешения глины и шамота с увлажнением; 12 – формовочный пресс; 13 – склад для выдерживания полуфабрикатов; 14 – трубный пресс; 15 –туннельная сушилка; 16 – ванна для глазурования труб; 17 – туннельная печь.