- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения
- •Глава 1. Классификация и требования к строительным материалам
- •Глава 2. Строение и свойства строительных материалов
- •2.2. Состав и строение материалов
- •Часть 2. Определение пористости и водопоглощения материалов
- •Ход работы
- •Лабораторная работа n2 2. Определение прочности и водостойкости
- •Ход работы
- •Раздел 2. Природные материалы
- •Глава 3. Древесина и материалы из нее
- •3.7. Защита древесины от гниения и возгорания
- •Лабораторная работа №3 Физико-механические свойства древесины
- •I. Определение равновесной влажности древесины
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Глава 4, природные каменные материалы ,
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •4.6. Использование отходов камнеобработки
- •4.7. Коррозия природного камня и меры защиты от нее
- •Раздел 3. Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением
- •Глава 5. Керамические материалы
- •15.3. Основы технологии керамики
- •Лабораторная работа №4 Кирпич и керамические камни
- •Ход работы
- •Глава 8. Неорганические вяжущие вещества
- •Лабораторная работа №6 Стандартные испытания гипсовых вяжущих
- •Глава 9. Органические вяжущие вещества
- •Раздел 5. Материалы на основе I вяжущих веществ
- •Глава 10. Заполнители для бетонов
- •Лабораторная работа №9 Подбор состава и приготовление тяжелого бетона
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Эксплуатации
- •Часть II
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Глава 13. Железобетон и железобетонные
- •Глава 14. Искусственные каменные материалы на основе вяжущих веществ
- •Глава 16. Кровельные, гидроизоляционные 5 : раздел 6. Материалы специального назначения
- •Задачи для практических занятий по курсу «Строительные материалы и изделия»
- •Тема I. Основные свойства строительных материалов
- •Тема III. Керамические материалы, кирпич и камни
- •Тема II. Природные каменные материалы
- •Тема III. Керамические материалы, кирпич и камни
- •Тема IV. Неорганические вяжущие вещества
- •Тема V. Бетоны и растворы
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 1. Основные понятия строительного материаловедения 23
- •Раздел 2. Природные материалы 54
Раздел 3. Материалы и изделия, получаемые спеканием и плавлением
Глава 5. Керамические материалы
* ■ ■■' -i.
, ^ ' А Ч
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Керамика
—
собирательное название широкой группы
искусственных каменных материалов,
получаемых формованием из глиняных
смесей с минеральными и органическими
добавками с последующей сушкой и
обжигом. На древнегреческом языке
«керамос» означало гончарную глину, а
также изделия из обожженной глины.
Керамика — древнейший строительный материал. Археологами обнаружены остатки зданий и сооружений из керамического кирпича в Древнем Египте и Ассирии, датируемые III—I тысячелетиями до нашей : эры. Кирпич был известен в Древней Индии и Китае. В Древней Греции ; керамика применялась для кровель и украшения фасадов. Первый храм Геры в Олимпии (VII в. до н. э.) имел черепичную крышу и украшения из терракоты.
Простота технологии и неисчерпаемая сырьевая база доя производства керамических изделий самых разнообразных видов предопределили их широкое и повсеместное распространение. Этому способствовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конструктивных элементах зданий и сооружений.
По назначению керамические изделия делят на следующие виды:
стеновые (кирпич и керамические камни);
кровельные (черепица);
изделия доя облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовые плиты, мозаичные плитки и др.);
изделия для внутренней облицовки стен;
плитка для полов;
санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы);
специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизоляционная);
заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).
Материал,
из которого состоят керамические
изделия после обжига, называют
керамическим
черепком.
Взависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные.
Пористыми
условно считают изделия, у которых
водопоглощение черепка более 5 % по
массе (в среднем 8...20 %). К ним относятся
все виды кирпича и стеновых камней,
черепица, облицовочные плитки.
Плотными
считают изделия, водопоглощение черепка
которых менее 5 % (обьино 2...4 %); эти изделия
практически водонепроницаемы. К ним
относятся плитки для полов, санитарный
фарфор и т. п.
5.2. СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИКИ
Сырьевая масса для изготовления керамических материалов состоит из пластичных материалов (глин) и непластичных (отощающих и выгорающих добавок, плавней и др.). Глины обеспечивают получение удобоформуемой связной массы и после обжига прочного и водостойкого черепка. Непластичные добавки улучшают технологические свойства сырьевой массы (облегчают сушку, уменьшают усадку и снижают температуру обжига) и придают материалу желаемые свойства (пористость, теплопроводность и т. п.).
Глины — основной сырьевой компонент керамики — осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов — водных алюмосиликатов различного состава (каолинит А1203 • 28Ю2 •
2Н20, монтмориллонит А1203 • 4Si02 • «Н20 и др.). Размер частиц глинистых материалов не превышает 0,005 мм; преобладающая форма частиц — пластинчатая. Благодаря своей гидрофильности и огромной площади поверхности глинистые частицы активно поглощают и удерживают воду. Именно глинистые минералы придают шине ее характерные свойства: пластичность при увлажнении, прочность при высыхании и способность к спеканию при обжиге.
Кроме
глинистых минералов в глине содержатся
более крупные частицы: пыль (0,005...0,16 мм)
и песок (0,16...5 мм). Они состоят из кварца,
карбонатов кальция и магния и других
минералов. Эти компоненты
глин также влияют на ее технологические
свойства и качество
готовых изделий.
Глины, как сырье для керамики, оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.
Пластичность
— способность глиняного теста
деформироваться под действием внешних
механических нагрузок без нарушения
сплошности и сохранять полученную
форму после прекращения воздействий.
Пластичность глин объясняется тем, что
при увлажнении глины на поверхности
глиняных частиц появляются тончайшие
слои адсорбированной воды. Эти слои,
с одной стороны, обеспечивают возможность
Скольжения частиц друг относительно друга, а с другой, связывают эти частицы силами поверхностного натяжения, что обеспечивает сохранение формы изделий после формования. Превалирование того или другого эффекта зависит от количества адсорбированной глиной воды.
Пластичность оценивается количеством воды, необходимой для получения из глины удобоформуемой массы. Высокопластичные глины имеют высокую водопотребность и, как следствие, большую усадку при сушке:
Типы ГЛИНЫ |
Водопотребность, % |
Усадка при сушке, % |
В ысокопластичная |
> 28 |
10...15 |
Средней пластичности |
20...28 |
7..Л0 |
Малопластичная |
<20 |
5... 7 |
Скорость
сушки
увлажненной глины определяется не
скоростью испарения влаги с поверхности
отформованного изделия, а скоростью
миграции воды внутри глиняной массы
от центра к поверхности. Глина, будучи
материалом «водонепроницаемым»,
тормозит продвижение влаги через свою
толщу, чем замедляет сушку.
Чем больше в глине частиц глинистых минералов, тем она больше требует воды, больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют «жирными». Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, достаточно легко сушатся, но пластичность, т. е. формовочные свойства, у нее пониженная. Такие глины называют «тощими».
Таким образом, для получения требуемой сырьевой' массы для
керамики нужно выполнить два противоречивых друг другу условия: смесь должна хорошо формоваться и легко сушиться.
Смеси с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину бтощающие добавки. Кроме песка для этих целей используют золы ТЭС, шлаки и другие материалы.
Спекаемость
— способность глины при обжиге переходить
в камневидное состояние, в котором
она совершенно не размокает в воде,
объясняется следующим. При нагреве до
900... 1200° С в глине последовательно
начинают протекать химические и
физико-химические процессы, приводящие
к полному и необратимому изменению ее
структуры:
удаление химически связанной воды (500...600° С);
разложение обезвоженной глины на оксиды A12Q3 и Si02 (800...900° С);
образование новых водостойких и тугоплавких минералов (силлиманита А1203 • Si02 и муллита ЗА1203 • 2Si02 (1000... 1200° С);
образование некоторого количества расплава из легкоплавких материалов глины (900... 1200° С).
Образование
прочного черепка происходит за счет
эффекта склеивания твердых частиц
глины образовавшимся расплавом. При
этом за счет сил поверхностного натяжения
этого расплава происходит уменьшение
объема материала, называемое огневой
усадкой.
В зависимости от вида глин огневая
усадка составляет 2...6
%.
Полной
усадкой
называют сумму воздушной и огневой
усадки; она обычно находится в пределах
6..Л8 %. Полную усадку необходимо учитывать
при формовани и сырцовых заготовок для
получения изделий с заданными размерами.
Огнеупорность
—
свойство материалов, в том числе и глин,
выдерживать действие, высоких
температур без деформаций.
Различные глины требуют определенных температур обжига и соответственно изделия из них имеют различную огнеупорность. По этому признаку глины делят на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.
Легкоплавкие
глины, содержащие большое количество
примесей, плавятся при температуре
ниже 1350° С. Из таких глин, называемых
кирпичными, изготовляют кирпич, стеновые
камни и черепицу.
Тугоплавкие
глины, содержащие незначительное
количество примесей, плавятся при
температуре 1350..Л580° С. Применяют их для
изготовления облицовочных керамических
изделий, лицевого кирпича, канализационных
труб.
Огнеупорные
глины, почти не содержащие примесей,
плавятся при. температуре выше 1580° С.
Их применяют для производства огнеупорных
материалов.
Отощаюждие материалы вводят в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. Они улучшают сушильные свойства глин. В качестве отстающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, золы ТЭС, гранулированные шлаки.
Шамот
зернистый (0,14,.2
мм) материал, получаемый измельчением
предварительно обожженной до температуры
спекания глины. Его можно заменить
измельченным браком керамических
изделий. Шамот из огнеупорных глин
используют для изготовления огнеупоров.
Дегидратированную
глину
получают нагревом до 650...750° С. При
удалении кристаллизационной химически
связанной воды глина необратимо
теряет свойство пластичности.
Гранилурованный
доменный шлак и золы ТЭС
— отощители глин, используемые при
производстве кирпича и другой грубой
керамики. Это эффективный путь утилизации
промышленных отходов.
Моро образующие добавки вводят в смесь для снижения плотности и, соответственно, теплопроводности керамических изделий. Для этого используют вещества, которые при обжиге:
диссоциируют с выделением газа, например, С02 (молотый мел, доломит и т. п,);
выгорают (древесные опилки, угольный порошок и т. п.).
Такие добавки одновременно являются и отощающими.
Пластифицирующие добавки — высокопластичные глины* а также
иоверхностно-активные вещества — пластификаторы СДБ, ЛСТ и др.
Плавни добавляют в глины в тех случаях, когда желательно понизить температуру ее спекания, В этом качестве используют полевые шпаты, железную руду, тальк и т. п.
Глазури и ангобы — отделочные слои на облицовочных керамических изделиях.
I Глазури — стеклообразные лицевые покрытия различного цвета, розрачные или глухие. Их получают нанесением на поверхность этовых изделий порошка из стекольной шихты и закреплением об- ;игом до плавления.
Ангобы
— лицевые покрытия, выполненные из
цветных глин, на- песенных на поверхность
сырцовых изделий. В отличие от глазури
ангоб не дает при обжиге расплава, а
образует матовое керамическое покрытие.
Одна
из главных проблем при глазуровании и
ангобировании — обеспечение максимальной
близости свойств (главным образом КЛТР)
изделия и отделочного слоя во избежание
растрескивания и отслоения отделочного
слоя, Характерным видом брака подобного
рода является цек
—
частая сетка трещин на поверхности
глазури.