935

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

_________________________________________________________

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет

архитектуры и строительства» (ПГУАС)

ТЕХНОЛОГИЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

Под общей редакцией доктора технических наук, профессора Ю.П. Скачкова

Пенза 2013

1

УДК 691.4 (075.8) ББК 35.41я73

Т38

Методические указания подготовлены в рамках проекта «ПГУАС – региональный центр повышения качества подготовки высококвалифицированных кадров для строительной отрасли» (конкурс Министерства образования и науки Российской Федерации – «Кадры для регионов»)

Рекомендовано Редсоветом университета

Рецензент – доктор технических наук, профессор В.И. Логанина (ПГУАС)

Технология строительной керамики: метод. указания к выполТ38 нению лабораторных работ / М.Н. Мороз, В.Л. Хвастунов, В.И. Калашников, Р.И. Ибрагимов; под общ. ред. д-ра техн. наук, проф.

Ю.П. Скачкова. – Пенза: ПГУАС, 2013. – 60 с.

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

Систематизированы и представлены методики определения физико-технических свойств глинистого сырья, изделий на основе керамики, модифицированного глиношлакового вяжущего, а также способы модифицирования безобжиговых изделий на основе глиношлакового вяжущего гидрофобизирующими добавками.

Методические указания направлены на выработку умения использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять 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 способности составлять отчеты по выполненным работам, участвовать во внедрении результатов исследований и практических разработок.

Методические указания подготовлены на кафедре «Технологии строительных материалов и деревообработки» и базовой кафедре ПГУАС при ООО «Производ- ственно-коммерческая фирма «Термодом»» и предназначены для использования студентами, обучающимися по направлению «Строительство» (бакалавриат).

Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, 2013

Мороз М.Н., Хвастунов В.Л., Калашников В.И., Ибрагимов Р.И., 2013

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Керамика – это изделия, полученные путем технологической обработки минерального сырья и спекания его при высоких температурах. «Керамика» происходит от греческих слов «кeramike» – гончарное искусство и «кeramos» – глина; поэтому под технологией керамических изделий подразумевают производство материалов и изделий из глинистого сырья, хотя сегодня используется и другое минеральное сырье. Появились такие термины, как «новая керамика», «металлокерамика», «тонкая техническая керамика».

Керамические материалы, являясь одним из самых древних искусственных материалов, превратились в изделия, обладающие уникальными свойствами и используемые во многих отраслях промышленности, а именно в ядерной энергетике, электронной, ракетной, химической, металлургической. Широкое распространение получили керамические изделия в быту и при выполнении художественно-оформительских работ. Строительная керамика – это большая группа керамических изделий, применяющихся в строительстве гражданских и промышленных зданий. Долговечность, огнестойкость, водонепроницаемость, высокие художественнодекоративные качества, кислотостойкость – эти свойства определили их широкое распространение в строительстве.

Как известно, любой строительный материал должен удовлетворять определенным требованиям, которые для большинства материалов и изделий устанавливаются государственными стандартами (ГОСТ). В них указаны: 1) форма и размер материала и изделия; 2) допускаемые отклонения по форме и размерам; 3) деление данного материала на сорта и те требования, которым должен удовлетворять материал определенного сорта. Так как качество материала, поступающего в строительные организации, должно быть проверено, то в стандартах указывается, как надо принимать материал, правильно отобрать его пробу и определить качество и сорт.

Промышленность выпускает строительную керамику в виде плиток для внутренней и внешней облицовки зданий, санитарных изделий, изделий для защиты аппаратов и строительных конструкций химических производств, труб для канализационных сетей и специальных изделий:

стеновые изделия – кирпич и камень керамический для кладки и облицовки несущих и самонесущих стен и других элементов зданий и сооружений, а также для кладки фундаментов, наружной части дымовых труб, промышленных и бытовых печей;

санитарные керамические – умывальники, унитазы, бачки смывные, писсуары и др., устанавливаемые в туалетных помещениях, санитарных узлах жилых, общественных и промышленных зданий;

5

плитки для внутренней облицовки стен, для отделки внутренних вертикальных поверхностей зданий;

плитки фасадные рядовые и специального назначения для облицовки наружных стен каменных зданий, наружных поверхностей стеновых панелей

икрупных блоков, а также для отделки цоколей зданий, подземных переходов, обрамления дверных и оконных проёмов и оформления других архитектурных элементов зданий;

плитки для полов – для покрытий полов в санитарных узлах, вестибюлях и на лестничных площадках жилых и общественных зданий, а также в производственных и вспомогательных зданиях промышленных предприятий;

канализационные трубы, применяемые в условиях неагрессивных и агрессивных грунтовых вод, для строительства безнапорных канализационных сетей производственных, бытовых и дождевых сточных вод;

изделия кислотоупорные (кирпич, плитки) и термокислотоупорные (плитки) для защиты строительных сооружений и аппаратов, для футеровки реакционных аппаратов, отбельных башен, ёмкостей и других аналогичных устройств, работающих в условиях кислых агрессивных сред.

По способу формования выделяют изделия следующих видов:

спрессованные из полусухих масс (плитки для внутренней облицовки стен, фасадные, для полов);

сформованные из пластичных масс (канализационные трубы, химически стойкие изделия);

отлитые из шликерных (жидких) масс (санитарные изделия).

В зависимости от структуры образующегося после обжига черепка могут быть изделия:

грубой керамики, имеющие в изломе грубозернистое строение (канализационные трубы, кислотоупорные плитки и др.);

тонкой керамики, обладающие тонкозернистым строением (санитарные изделия, плитки для внутренней облицовки стен).

Изделия грубой и тонкой керамики, в свою очередь, бывают пористые (неспекшиеся) и плотные (спёкшиеся). Пористые грубокерамические изделия имеют в изломе землистый вид, шероховатую поверхность; они непрозрачны, пропускают воду, могут впитать 8-20 % воды. К ним относятся в основном некоторые виды местных строительных материалов. Плотные изделия имеют блестящий излом и гладкую поверхность, могут впитывать не более 5-7 % воды, водонепроницаемы, при ударе издают звонкий звук. К ним относят кислотоупорные кирпич и плитки, канализационные трубы.

Изделия со спёкшимся черепком, имеющие водопоглощение ниже 1 %, называют каменными керамическими. Если при этом черепок ещё и просвечивается, то его называют фарфоровым. Тонкие керамические изделия

взависимости от их водопоглощения делят на фарфоровые, полуфарфоровые

6

(плотные) и фаянсовые (пористые). Фарфоровые изделия характеризуются плотным, спёкшимся, непроницаемым для воды и газов черепком, просвечивающимся в тонком слое, водопоглощение их не более 0,5 %. Изделия обладают высокой механической прочностью, химической стойкостью, богатыми декоративными возможностями. Полуфарфоровые изделия имеют плотный, не просвечивающийся в тонком слое черепок; водопоглощение их не более 5 %. Фаянсовые изделия с тонкозернистым пористым черепком имеют водопоглощение до 12 %.

По виду отделки поверхности изделия бывают глазурованные и неглазурованные, одноцветные, многоцветные или с рисунком, гладкие или рельефные. Глазурованные изделия покрыты прозрачной или глухой, белой или цветной, блестящей или матовой глазурью.

7

Лабораторная работа №1 ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЛИНИСТОГО СЫРЬЯ

1.1. Макроскопическое описание глинистого сырья

Макроскопическая характеристика дается на основании осмотра валовой пробы глины с помощью лупы или невооруженным глазом (рис. 1). При этом отмечаются следующие данные: цвет и оттенки (в сухом и влажном состояниях), структура, текстура, наличие известняка и его распределение (вскипание от разбавленной 10 %-й НС1), содержание других примесей (слюды, кварца, гипса, пирита, органических включений).

Рис. 1. Аппаратура, используемая при составлении макроскопической характеристики глинистого сырья:

1 – проба; 2 – лупа; 3 – раствор 10 %-й НС1; 4 – пластинка стекла

Результаты осмотра записываются по форме табл. 1.

*В гр. 4 отмечается реакция сырья на НС1: +++ – бурное вскипание;

++ – интенсивное вскипание; + слабое вскипание; – – глина не вскипает.

Цвет. Окраска глин разнообразна и меняется в зависимости от минерального состава основной массы глин, так называемого пелитового вещества, и присутствия в ней красящих компонентов. Примеси ряда

8

соединений даже в незначительном количестве вызывают изменение основного цвета глины. Окрашивающими являются тонкодисперсные окислы и гидроокислы железа, органические вещества и, реже, окислы марганца. Гидроокислы и окислы железа окрашивают глины в различные оттенки желтого, красного и фиолетового цветов, окислы марганца – в бурый цвет. Часто встречаются глины неоднородной окраски – пятнистые, что обусловливается неравномерным распределением в массе глины красящих компонентов.

Структура и текстура. Характер строения частиц (зерен) минеральных пород называется структурой, а их взаимное расположение – текстурой.

По структуре различают глины тонкодисперсные, крупнодисперсные, алевритовые, песчаныеи разнозернистые (рис. 2).

Тонкодисперсные глины, состоящие в основном из частиц менее 0,001 мм, при скатывании из массы в состоянии формовочной влажности (глина, затворенная водой, не липнет к рукам и металлу), образуют без разрыва сплошности длинные шнуры толщиной менее 0,5 см. При раскатывании влажной глины в руках отдельные частицы ее не ощущаются, а при разрезании ножом не слышно характерного хруста и в месте разреза получается гладкое сечение. При рассмотрении в лупу глина имеет однородную массу; излом – чешуйчатый или очень ровный, для уплотненных глин– иногдараковистый.

Крупнодисперсные глины при скатывании дают более толстые и короткие шнуры. При растирании влажной глины в руках, а также разрезании ножом чувствуется примесь частиц более крупных, чем глинистые; как говорят, «глина хрустит». В лупу иногда видны отдельные мелкие зерна минеральных примесей. Излом породы слабошероховатый.

Рис. 2. Жгуты из глинистого сырья разной структуры:

а – тонкодисперсной; б – крупнодисперсной; в – алевритовой; г – песчаной

9

Алевритовые глины при скатывании во влажном состоянии дают короткие шнуры. При разрезании ножом глина сильно хрустит. В лупу видны отдельные крупные частицы минералов, которые можно легко отделить, если на ладони слегка отмыть глину, удалив глинистые и пылеватые частицы. Излом породы неровный, шероховатый.

Песчаные глины дают при скатывании еще более короткие и толстые, быстро рвущиеся шнуры. Резко ощущается присутствие частиц более 0,01 мм. Излом породы неровный, зернистый.

Текстура глинистых пород (рис. 3) бывает трех основных типов: беспорядочная (неориентированная) – комковатая, плотная; микрослоистая (ориентированная); флюидальная (спутанная) – типа сланцеватой.

При беспорядочной текстуре частицы расположены без какой-либо ориентировки. Эта текстура характерна для грубозернистых и, реже, тонкозернистых пород. Она может быть рыхлой, комковатой и т.п. При слоистой текстуре частицы породы располагаются ориентированно, как бы слоями. По характеру и расположению слоев различают текстуры горизон- тально-слоистые, косослоистые, линзовидно-слоистые и сложные, определяемые сочетанием трех первых разновидностей слоистой текстуры. Флюидальная текстура распространена мало и представляет результат вторичного нарушения слоистой структуры.

Примеси и включения. Минеральные примеси и включения обычно определяются визуально. Наиболее распространены в глинах, особенно низкого качества, карбонаты кальция и магния. В глине карбонаты встречаются в тонкодисперсном состоянии или в виде грубых включений. В тонкодисперсном состоянии при обжиге изделий они играют роль плавней. Грубые включения карбонатов (более 0,5 мм – «дутики») приводят к образованию в процессе обжига кусочков СаО, которые гидратируются в готовых изделиях, поглощая влагу из воздуха по реакции, идущей со значительным увеличением объема, и разрушают структуру кирпича.

Обжиг при температуре 1000 С

СаСО3 СаО + СО2

Известь-кипелка, негашеная известь

СаСО3 + НСI СаСI2 + CО2

вскипает

Wвоздуха= 80 % (это 20 % воды)

СаО + Н2О = Са(ОН)2+ 15,5 ккал.

Реакция гашения

10