Экзаменационные вопросы по курсу «Архитектурное материаловедение» весенний семестр

Тема 1. «Керамика»

1. Основные физико - механические свойства глин как сырья для производства керамических материалов (пластичность, воздушная и огневая усадка, огнеупорность).

Глина- осадочная горная порода, состоящая из природных водных алюмосиликатов с различными примесями.

Из физических свойств глин следует учитывать их пластичность, связующую способность, водопоглощаемость, воздушную и огневую усадки, огнеупорность, способность ионного обмена с окружающей средой и др.

Пластичность-способность влажной глины под действием внешних сил принимать заданную форму и сохранять ее после устранения давления. Ее можно увеличить вылеживанием на воздухе и снизить нагреванием.

Связующая способность глин выражается в том, что уплотненная влажная глина после высыхания не рассыпается, а сохраняет полученную форму. Эта способность выражается также в том, что глина связывает зерна непластичных материалов, например песка или других минеральных крупных включений.

Воздушная и огневая усадки отражают способность глин уменьшать объем при высыхании на воздухе или при обжиге.

Огнеупорность - важнейшее свойство глин выдерживать высокую температуру, не расплавляясь и не деформируясь.

№ 3 Основы технологии производства керамических материалов (добыча, обработка, формование, сушка, обжиг изделий)

1. добыча

(на карьере открытым способом, затем происходит доставка на завод)

2. подготовка сырья– промывка, дробление, тонкое измельчение.

(цели: разрушить текстуру и структуру глины, удалить вредные примеси или обезвредить их, обеспечить однородность глинистых масс (глина укладывается в гряды, бугры на открытую площадку; глина облеживается, выветривается и замораживается; ее периодически перемешивают, чтобы ушли соли; механическая обработка)

3. приготовление смеси

- пластический способ (обработка паром W= 18-20%)

- сухой (влажность ниже, хуже качество W=5-10%)

- мокрый (шликерный W=40-45%)

- комбинированный ( мокрый + сухой в башенно-распылит. сушилке W=3-10%)

4. формование смеси

- пластическое (принцип мясорубки W=18-20%)

- полусухое прессование ( двухступенчатая технология; исп. для изготовления плит д/наружной и внутренней облицовки)

- литье в гипсовой форме ( шликер заливается в форму, выдерживается 2-3 часа, края формы выравниваются, сушка, глазуровка, обжиг; исп. д/изготовления тонкостенных изделий W=40%)

5. сушка

(maxt= 250 град.; естественная сушка – 14-16 часов)

6. обжиг

(в шахтных, тоннельных, кольцевых печах;)

- стеновые t=950-980

- плитки t=1100-1150

- сантехника t=1200-1250

- огнеупорная керамика t=1400-1450

- техническая керамика t=1600-1650)

7. сортировка

8. упаковка

9. складирование

2. Основы технологии производства керамических изделий (добыча, обработка сырья, способы формования, сушка и обжиг изделий, способы декорирования).

Общая технология производства керамических изделий: 1) Добыча глины в карьерах 2) Подготовка массы (дробление глины и других компонентов смеси, увлажнение водой и перемешивание) 3) Формование изделий 4) Сушка 5) Обжиг Различают такие способы производства керамических изделий как пластический, полусухой и шликерный Пластический (применяют при наличии пластичных глин, хорошо размокающих при увлажнении) 1) Подготовка сырья - грубый помол глины и тонкий помол глины, в результате чего получается глиняный порошок 2) Глиняный порошок увлажняют и перемешивают, при  этом влаги в этой глиняной массе должно быть от 18 до 25% . На этом же этапе  добавляют необходимые добавки 3) Формование. Происходит в специальных прессах пластического формования. Ленточный пресс пластического формования представляет собой закрытый металлический короб с отверстием, в котором вращается вал с винтообразными лопастями, перемешивающий и выдавливающий массу в сторону выходного отверстия. Характер движения массы и ее структура зависят от пластичности массы, влажности и внутреннего трения. А итоговая форма изделия - от формы выходного отверстия. Затем форму разрезают тугонатянутой проволокой на нужные размеры. 4) Сушка 5) Обжиг Таким способом производится кирпич (полнотелый, пустотелый, клинкерный) Полусухой способ (полусухое прессование) 1) Подготовка сырья - грубый помол глины и тонкий помол глины до глиняного порошка, просев, добавление добавок, увлажнение водой или паром до влажности 8-12%. 2) Формовка пресс-порошков происходит в гидравлических прессах. 3) Сушка 4) Обжиг Основным преимуществом метода полусухого прессования, это обеспечение четкой формы, точных размеров, прочных углов и ребер. Также этим способом отлично формуются изделия разных геометрических форм, с пустотами. Шликерный способ (шликерное литье) менее распространено в технологии строительных материалов и используется в основном при производстве санитарно-строительных изделий 1) Подготовка сырья - Грубый и тонкий помол глины, просев, добавление добавок. 2) При шликерном способе добавляется столько воды, что получается текучая глиняная масса (влага 40-50%)  3) Массу заливают в гипсовую форму (при этом гипс высасывает излишки воды) 4) Сушка в камерных или туннельных сушилках с постепенным повышением температуры. 5) Обжиг в туннельных печах Методы декорирования Глазурованием называют процесс покрытия высушенного или обожженного изделия сырьевой суспензией - шликером, который в процессе обжига образует глазурь - стекловидное покрытие на поверхности изделия. Придает большую механическую прочность, защищает от загрязнений и служит одним из основных средств декора. Ангобом (ангобированные кирпичи) называют матовое, белое или цветное покрытие, наносимое на керамическое изделие для маскировки цвета изделия, создания рисунка и т.д.. В отличие от глазури нанесенный на поверхность ангоб при обжиге не образует стекловидного слоя, а создает плотный декоративный слой, обладающий некоторой пористостью. Керамические краски используются для декорирования керамики. Иногда используют в качестве подглазурных красок (наносят на изделия, прошедшие политой обжиг) растворы солей металлов в воде или глицерине. Такой способ росписи называют росписью солями.

3. Номенклатура керамических изделий по назначению.

По конструктивному назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и панели из них); кровельные (черепица); элементы перекрытий (пустотелые камни); изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, плитки, наборные панно, архитектурно- художественные детали); изделия для внутренней облицовки стен(глазурованные плитки, карнизы, уголки, пояски); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); теплоизоляционные изделия (перлитокерамика, ячеистая керамика, диатомитовые изделия); санитарно-технические изделия (умывальные столы, раковины, унитазы); плитка для пола; дорожный кирпич; кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы и фасонина); огнеупоры; изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).

4. Стеновые керамические изделия (кирпичи и камни, размеры, требования ГОСТов).

Кирпичи (полнотелые, пустотелые):

Обыкновенный – 65/120/250 Утолщенный – 88/120/250 Модульный-65/138/288 Камни пустотелые:

138/120/250

138/138/250

138/250/250

5. Эффективные конструктивные керамические изделия. Классификация. Особенности производства. Применение.

Кирпичи и камни разделяют на полнотелые и пустотелые(с технологическими пустотами, полученными в процессе формования). Пустотелые изделия называются эффективными (при средней плотности не более 1400 кг/м3).Наличие технологических пустот позволяет снизить теплопроводность кирпичной кладки, что приводит к экономии энергетических затрат на отопление здания или к уменьшению толщины наружных стен. Кроме того, снижаются расход сырья и средняя плотность материала. Блоки выпускают только пустотелые. В зависимости от назначения выделяют обыкновенные(скрытые в теле конструкции) и лицевые( одна или две грани в процессе эксплуатации воспринимаются визуально)

свойства:

средняя плотность не более 1450 кг/м3(камни) и 1400кг/м3(кирпич)

марочная прочность 300, 250, 200, 175, 150, 125, 100, 75.

марки по мороз 15, 25, 35, 50, 100.

Водопоглощение не менее 16 %

по точности размеров и внешнему виду они должны удовлетворять требованиям действующего ГОСТа.

Не рекомендуется применять эти изделия для фундаментов, цоколей, стен мокрых помещений.

Особенности производства:

Эффективные конструктивные керамические изделия получают в основном способом пластического формования. Для получения пустотелого кирпича пластического прессования в мундштуки прессов устанавливают специальные приспособления- керны, позволяющие получить в сырце сквозные отверстия различной конфигурации, которые уменьшают массу и теплопроводность стен.

6. Керамический кирпич и камни лицевые (фасадные). Свойства. Требования. Применение. Способы декорирования кирпича и камней.

Керамический кирпичи и камни отличаются размерами: как правило, камень больше кирпича по толщине в 2 и более раз.

Применение: для наружной облицовки стен без последующего оштукатуривания и окраски.

Сырье: легкоплавкие и тугоплавкие глины.

Свойства: p_m>1600 кг/м³, морозостойкость = 15-25, марки: 75-300.

Декор. свойства: minколичество трещин, точность размеров, однородность окраски, отсутствие отбитости углов и наличия крупных трещин.

Классиф-ия: глазурованные, неглазурованные, гладкие, рельефные, прямоугольные, профильные, сплошные, пустотелые.

Способы декорирования:

1. глазурование (покрытие тонким слоем стекла толщиной 0,15-0,3 мм)

2. рифление (валик или матрица)

3. ангобирование (нанесение на лицевую поверхность сформованного изделия тонкого слоя водной суспензии, состоящей в основном из белой или цветной глины; изгот-е двухслойного декор. кирпича)

4. торкретирование (вдавливание в сырец дробленой минеральной или стеклянной крошки и низкой tплавления; получ. цветная рифленая повер-ть)

5. окрашивание

6. оштукатуривание

7. покрытие холодными эмалями

7. Керамические плитки для внутренней облицовки. Способы декорирования. Встроенные детали. Санитарно-технические изделия.

Керамические плитки для внутренней облицовки стен могут быть квадратной, прямоугольной и фасонной формы – уголки для отделки внутренних и внешних углов, прямая карнизная плитка, уголки карнизные др.

Водопоглощение по массе не > 16%, предел прочности при изгибе не < 15 Мпа, Плитки должны выдерживать перепады температур от 125(150) до 15-2-‘с без появления дефектов. Выпускается 50 типоразмеров плиток. Номинальная толщина плитки 5-8мм.

Плитки могут быть гладкими и рифлёными, их лицевая поверхность покрывается одноцветной глазурью (глазурование). Плитки могут быть с одно- или многоцветным рисунком, нанесенным методом сиерографии, декорирования, набрызгивания, ангобирования. Изготовляют из каолиновых глин с добавкой песка и плавней, способом полусухого прессования.

Майоликовые плитки изготавливают из красножгущихся глин.Их широко применяют для внутренней облицовки стен плавательных бассейнов, ванных комнам, бань, прачечных, лабораторий, санузлов.

Сырьём для изготовления санитарно-технических изделий (умывальников, раковин, унитазов и др.) служат каолин, пластичная беложгущаяся глина, полевой шпат, песок кварцевый, бой обожжённый, жидкое стекло, сода. Санитарно-технические изделия бывают фарфоровыми, полуфарфоровыми, фаянсовыми. Изделия из фаянса имеют пористый черепок с водопоглощением <12% и Rсж=100 Мпа, из полуфарфора соответственно < 1% и 150-200Мпа/DjljgjukjotybtafhajhfБ1% иRсж=400 - 500 Мпа. Сырьё для производства санитарно-технических изделий подвергают тщательной переработке: помолу, отмучиванию, прессованию и др. Формуют их из шликеров – сметанообразных масс методом литья в гипсовых формах. Высушенные изделия покрывают белой или цветной глазурью и обжигают. После обжига глазурь придаёт изделиям блестящую поверхность и повышает стойкость их к действию агрессивных сред (кислот, щелочей), воды и перепадам температур.

7. Керамические плитки для внутренней облицовки. Требования. Способы их декорирования. Санитарно- технические изделия.

Керамическая плитка – популярный материал для внутренней облицовки благодаря своей прочности, долговечности, гигиеничности и эстетичности. 

1. Требования к керамической плитке для внутренней облицовки:

ГОСТы: 

    ГОСТ 6787-2001 - Плитки керамические для полов.

    ГОСТ 6141-91 - Плитки керамические глазурованные для внутренней облицовки стен.

Износостойкость (PEI): зависит от назначения:

    I-II:для стен и полов с низкой проходимостью (спальни, ванные).

    III:для полов со средней проходимостью (кухни,  коридоры).

    IV-V:для полов с высокой проходимостью (гостиные,  общественные места).

Химическая стойкость: устойчивость к воздействию бытовой химии (особенно важна для кухонь и ванных комнат).

Влагопоглощение: низкий показатель важен для влажных помещений (ванные,  бассейны).

Коэффициент трения: нескользкая поверхность важна для полов в ванных и на кухнях.

Морозостойкость: важна для неотапливаемых помещений.

Калибр и точность размеров: обеспечивают качественную укладку.

Внешний вид: отсутствие дефектов (сколов, трещин, пятен).

2. Способы декорирования керамической плитки:

Глазурование:нанесение стекловидного покрытия для придания цвета, блеска и защиты от влаги.

Ангобирование:покрытие цветной глиной для получения матовой поверхности.

Печать:нанесение рисунка на плитку методом шелкографии или цифровой печати.

Рельеф:создание объемных узоров на поверхности.

Мозаика:использование мелких элементов плитки для создания изображения.

Имитации:под дерево, камень,  текстиль и т.д.

3. Санитарно-технические изделия из керамики:

Унитазы:напольные, подвесные,  компактные.

Раковины: встраиваемые, накладные, подвесные,  с пьедесталом.

Биде.

Писсуары.

Ванны: чугунные с эмалированным покрытием,  акриловые.

Требования к санитарно-техническим изделиям:

ГОСТы: регламентируются для каждого вида изделия отдельно.

Прочность и долговечность.

Гигиеничность и простота ухода.

Эстетичность и соответствие дизайну.

Декорирование санитарно-технических изделий:

Цветное покрытие:эмаль различных цветов.

Декорирование рисунком: нанесение рисунка на эмаль.

При выборе керамической плитки и сантехники обращайте внимание на:

Назначение помещения и условия эксплуатации.

Соответствие требованиям ГОСТ.

Внешний вид и дизайн.

Репутацию производителя и наличие сертификатов качества.

8. Керамические плиты и плитки для наружных (фасадных) облицовок. Свойства. Требования.

Плитки (длина и ширина до 150 мм) и плиты (более крупных размеров) используют для фасадов, внутренней и наружной облицовки стен, для покрытия полов. Эти изделия производят более 16 типов в зависимости от размеров. Для внешней облицовки зданий применяют кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты, плитки керамические фасадные и ковры из них.

Крупноразмерные облицовочные плиты имеют квадратную или прямоугольную форму, длину 490, 990, 1190мм, ширину 490 и 990мм и толщину 9-10мм.Они выпускаются одно- или многоцветными, глазурованными и неглазурованными, с гладкой или рельефной поверхностями. Водопоглощение их не менее 1%, морозостойкость не менее 50 циклов. Такие плиты применяют для облицовки подземных переходов и фасадов зданий.

Плитки выпускают стеновые и цокольные, с глазурованной и неглазурованной лицевой поверхностью, с гладкой или рельефной поверхностью разных цветов и размеров квадратной и прямоугольной формы(15 типоразмеров).Стеновые плитки имеют водопоглощение 2-9%, а цокольные 2-5%, морозостойкость соотв. не менее 40 и 50 циклов. Плитки, изготовленные из масс, содержащие шлаки, полиминеральные глины и карбонаты, должны иметь водопоглощение не более 12%. Плитки изготавливают пластическим или полусухим прессованием. Стеновые плитки предназначены для облицовки наружных поверхностей стеновых панелей, крупных блоков, для оформления архитектурных элементов здания, а цокольные- для облицовки цоколей зданий, подземных переходов и др строительных конструкций, находящихся в жестких условиях эксплуатации.

Для облицовки ковров применяют глазурованные и неглазурованные плитки площадью не более 115см, а также бой плиток (брекчия) путем их наклеивания на оберточную или мешочную бумагу костным или другими клеями; ковры явл индустриальным типом керамических облицовочных материалов

9. Керамические плитки для полов. Керамические трубы. Производство. Применение. Основные свойства. Требования.

• Керамическая плитка для полов.

Сырье: тугоплавкие и огнеупорные каолиновые глины с добавлением отощающих веществ, плавней, окрашенных примесей.

Обжигают до спекания до получения плотного черепка cW<4%.

Основные свойства: морозостойкость = не менее 35 циклов, истираемость = 0,8 г/см²,

Wm>= 3,8%.

Виды: квадратные, прямоугольные, треугольные. 4-,5-,6-,8-угольные, фигурные (30 типоразмеров), толщина 4-13 мм. Лицевая поверхность бывает гладкая, рельефная, с теснением, матовая, глазурованная, одноцветная, многоцветная, с рисунком.

Выгодно отличаются высокой износостойкостью, долговечностью, инертностью.

• Керамические трубы

По назначению подразделяются на дренажные и канализационные. Дренажные трубы формируют из пластических глин с последующим обжигом и глазурованием внешней стороны или без глазурования. Глазуров. трубы делают раструбными с отверстиями. В трубы без отверстий вода попадает через стыки. Диаметр дренажных труб 25-250 мм, длина до 0,5 м. Трубы должны быть достаточно прочными и морозостойкими. Дренажные трубы применяют д/мелиорации, а также д/осушения грунтовых оснований зданий и сооружений.

Канализационные трубы изготавливают из огнеупорных и тугоплавких глин с двухсторонним глазурованием. Трубы имеют раструб. Диаметр канализ. труб 150-600 мм, длина до 1,2 м. Изготавливают также трубы овального сечения, фасонные части для соединений (колена, тройники, крестовины). Водопоглощение черепка должно быть не более 11%. Трубы должны быть прочными.

10. Керамогранит. Особенности производства. Разновидности. Свойства. Применение.

Керамогранит — искусственный отделочный материал, очень прочный и твёрдый, имитирующий натуральный камень.

Особенности производства:

Производится методом полусухого прессования из пресс-порошка при давлении 400—500 кг/см², с последующим обжигом при температуре 1200—1300 °C. Пресс-порошок, в свою очередь, получают из шликера, который представляет собой тщательно гомогенизированную смесь сырьевых компонентов: беложгущиеся глины и каолины, кварцевый песок, плавни (полевые шпаты и пегматиты), вода.

Разновидности:

Существуют три класса поверхностей:

• неглазурованная или техническая;

•  глазурованная;

• декорированная.

По фактурам искусственный камень разделяют на несколько типов:

• матовый;

• структурный или рельефный;

• полированный;

• лаппатированный;

• сатинированный.

Свойства:

-        низкое водопоглощение (<0,5 % по массе^{[По массе или объему керамогранита?]} , тогда как у натурального гранита 5 %) и, как следствие, морозостойкость. Однако, низкое водопоглощение керамогранита приводит к тому, что на морозе плитки уложенные на цементную смесь отслаиваются . Поэтому укладка плиток из керомогранита на цементную подушку осуществляется только в помещениях, а вне их керамогранит используется с металлоконструкциями, либо со специализированными клеевыми составами.

-        стойкость к воздействию химических веществ; 

-        глубина цвета и рисунка; 

-        твёрдая поверхность, стойкая к истиранию

-        ударная прочность и прочность на изгиб; 

-        стойкость к «термическому шоку» (перепаду температур); 

-        постоянство цвета под воздействием внешних факторов; 

-        возможность производства твёрдой структурной поверхности, обладающей антискользящими свойствами( использовать на улице).

-        долговечен и прочен, низкая подверженность механическим повреждениям, царапинам, и стиранию

-         не подвержен разрушению от влажности и перепадов температуры.

-        керамогранит уложенный с соблюдением технологии укладки, превосходно держится на стенах и на полу на протяжении длительного срока

-        Эстетические качества керамогранита позволяют реализовывать самые смелые дизайнерские решения для любого интерьера или фасада, этому также способствует богатая палитра цветов и фактур.

Применение:

Изначально керамогранит появился как плитка для технического применения (для устройства полов в помещениях с существенными нагрузками, например в общественных местах и в зданиях промышленных предприятий).

Применение в настоящем времени

-        для отделки полов и стен как внутри, так и снаружи помещений.

-        считается идеальным напольным покрытием для помещений с высокой проходимостью — торговых комплексов, магазинов, метро, кинотеатров, вокзалов, аэропортов.

-        используют в частных интерьерах при отделке холлов, прихожих, кухонь, коридоров, а также для облицовки ванных комнат и бассейнов, полов и стен в рабочих зонах кафе и ресторанов, на автомойках, в мастерских, гаражах, химлабораториях.

-        используется в качестве облицовки в фасадных системах

11. Керамические теплоизоляционные материалы и заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

В тепловых агрегатах для уменьшения расхода топлива применяют керамические теплоизоляционные изделия и огнеупорные легковесы. Для их изготовления используют выгорающие добавки, газообразователи, вспениватели и др порообразующие вещ-ва. Изделия получают как из керамических масс с введением в них огнеупорных и тугоплавких пористых заполнителей, так и из поризованных керамических или огнеупорных масс без заполнителей. Теплоизоляционные изделия применяют при температурах до 900-1200С.

Теплоизоляционные изделия из трепелов(диатомитов) с пенообразующими или выгорающими добавками выпускают в виде кирпича, скорлуп и сегментов марок 350, 400, 500, 600 по средней плотности.

Теплоизоляционные перлитокерамические изделия изготовляют из вспученного перлитового песка со средней плотностью до 80 кг/м3 на основе керамофосфатного связующего, легкоплавких или огнеупорных глин.

Используют также волокнистые теплоизоляционные материалы из различных видов волокон-кремнеземистых, кварцевых, каолиновых, а также стеклокристалических.

Основными заполнителями для легких бетонов являются: керамзитовый песок (размер зерен до 5 мм-получают в результате дробления=обжиг в кипящем слое), аглопорит(получают на основе вспучивающихся глин и добавок каменного угля), вспученный перлит(получают в результате быстрого нагрева и быстрого охлаждения), шлаковая пемза, азерит, доменные гранулированные шлаки, топливные отходы. Легкие бетоны с применением в них пористых заполнителей находят в строительстве все больше применение.Конструкции из лугких бетонов позволяют улучшить теплотехнические и акустические св-ва зданий, значительно снизить их массу.

12. Керамика в архитектуре (история и современность).

Керамика привлекает своей экологичностью и возможностью масштабного использования, поэтому популярность ее в архитектуре велика. Цвет, фактура, внутр. структура делают керам. кирпич актуальным арх. материалом. Кирпич используется в фасадах, стеновых конструкциях, внутренней коммуникации. Благодаря развитию производства, совершенствуются теплотехнические свойства керамики– конструкция стены может содержать неоднородные материалы. Это позволяет сократить толщину стены, сделать конструкцию более теплой и легкой. Уходит массивность, нет мостиков холода, узких коридоров и проемов. Улучшение технических параметров керам. материалов дает возможность создания просторных и комфортных для проживания, экологичных современных домов. Кроме того, существует возможность гибких планировочных решений, устройства больших оконных проемов и т.д. Эти возможности открывает поризованная и сверхпоризованная керамика. Среди новых направлений – офактуренный лицевой кирпич различных цветов. Широкий спектр цветов и оттенков керамического кирпича способствует разнообразию фасадов.