3.2. Керамические материалы и изделия

С использованием глинистых пород и высокотемпературной обработки получают искусственные обжиговые керамические материалы. В зависимости от влажности исходного сырья и заданных свойств готового изделия применяют несколько способов подготовки формовочной массы, отличающихся содержанием воды: полусухой (до 12 %), пластичный (до 25 %) и шликерный (литьевой – до 60 %). Первым методом получают изделия плотной структуры (половая плитка) и очень точных размеров (лицевой кирпич), вторым – трубы, черепицу, кирпич и камни рядовые. Третья технология основана на способности глин образовывать, вследствие своей гидрофильности, высокоподвижные, однородные, нерасслаивающиеся смеси, которые обладают хорошей влагоотдачей при повышении температуры. Процесс сушки сопровождается усадочными деформациями (воздушная усадка). По такой технологии, путем заливки смеси в высокопористые гипсовые формы, получают санитарно-технические изделия сложной конфигурации (мойки, раковины, ванны) или, на специальных поддонах, коврово-мозаичную облицовочную плитку размером 2121мм при толщине до 3 мм. Изделия после формовки сушат и подают на обжиг до спекания при температуре 1000 – 1300 ^оС. При обжиге удаляется кристаллизационная вода из сырья, вызывая небольшую огневую усадку, и образуются новые соединения, обеспечивающие прочность и водостойкость изделиям. Уменьшение усадочных деформаций достигается за счет дополнительного введения в сырьевую смесь отощающих добавок: тонкомолотого песка, шлака и т. д. Для снижения энергоемкости процесса, повышения плотности и прочности изделий в формовочную массу вводят добавки плавни: стеклоотходы или молотые природные стекла (перлит, полевой шпат). Пластичность глиняной массы корректируют расходом воды или специальными органическими пластифицирующими добавками. Облегчение изделий, повышение их акустических и теплоизоляционных свойств достигается путем использования пено-, газообразующих или выгорающих компонентов (древесные отходы, торф, гранулированная макулатура).

Регулируя состав сырья, способ формовки, режим термообработки получают конструкционные, отделочные материалы и специального назначения.

К изделиям, работающим в условиях действия нагрузки, различной по направлению и величине, относятся стеновые материалы – кирпич и камни керамические, кровельные – черепица, трубы водопроводные, канализационные и дренажные. Кирпич применяют также для кладки столбчатых фундаментов в малоэтажных зданиях, а также для заводского изготовления крупноразмерных блоков и панелей, которые в зависимости от назначения (внутренние, наружные стены) могут быть одно-, двух- и трехслойными. В многослойных, для повышения теплозащитных свойств, используют плитный утеплитель.

Отечественные и зарубежные заводы выпускают рядовой полнотелый кирпич – 65125250 мм и большое количество модификаций, отличающихся не только размером, но и наличием пустот, их величиной, формой и расположением. Наиболее эффективен поризованный рядовой кирпич М 125, плотностью 950 кг/м³ или крупноформатный пустотелый камень керамический размером 350250219 мм такой же марки, плотностью 790 кг/м³. Ячеистая структура этих материалов, полученная за счет введения комплексных порообразующих добавок, позволяет значительно уменьшить толщину стены, сохранив ее несущую способность и высокие теплозащитные свойства. Теплотехнические показатели ограждающих конструкций, выполненных из мелкоштучных материалов, зависят от свойств используемых изделий и применяемого кладочного раствора, поэтому поризованные кирпичи (камни) или выполняют шлифованными очень точных размеров, укладывая на специальный строительный клей с толщиной шва – один мм, или, при обычном выполнении, на теплоизоляционный раствор.

Для повышения декоративности облицовочных материалов: лицевого кирпича и плиток различных размеров и формы применяют специальные декоративные составы: ангобы, представляющие смесь каолиновых белых глин с пигментами, или глазури, образующие стеклообразные цветные покрытия при обжиге. В зависимости от конкретного назначения к материалам этого класса предъявляют разные требования по свойствам. Так плитки для покрытия пола – должны быть прочными на удар и истирание, водостойкими и водонепроницаемыми; фасадная керамика – воздухо- и морозостойкая.

К материалам специального назначения относятся санитарно-технические, кислотостойкие, огнеупорные и теплоизоляционные. Основным сырьем для получения санитарно-технических изделий служат беложгущиеся глины в сочетании с плавнями и отощающими добавками. Изменяя соотношение компонентов выпускают, в порядке возрастания плотности и прочности, фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые изделия. В строительстве наибольший объем приходится на относительно пористые фаянсовые изделия, водонепроницаемость которых обеспечивают глазурованием поверхности.

Кислотостойкие материалы в виде плиток и кирпичей класса А, Б, В, полученные из кислотостойких глин, используют для защиты полов, стен, технологического оборудования на химических предприятиях.

Основное назначение огнеупорных материалов – футеровка высокотемпературного технологического оборудования. Максимальная температура эксплуатации таких изделий определяется составом сырья. При повышенном содержании кремнезема (SiO₂) получают динасовые огнеупоры (1580 – 1770 ⁰С), огнеупорных глин – шамотные высокоогнеупорные (1770 – 2000 ⁰С), с преобладанием глинозема (Al₂О₃) – высокоглиноземистые высшей огнеупорности (свыше 2000 ⁰С).

Теплоизоляционные материалы и изделия на основе глинистого сырья производят в виде высокопористых пенодиатомитовых кирпичей, применяемых в основном для теплоизоляции технологического оборудования, и рыхлых сыпучих материалов: керамзитового гравия и аглопоритового щебня. Последние, получаемые методом вспучивания отформованных гранул или дроблением спекшегося сырья с отходами угля, соответственно, используют в качестве теплоизоляционных засыпок для утепления полов, потолков, стен, а также в качестве заполнителей легких бетонов различного назначения.

Применение керамических материалов представлено в табл. 3.2.

Таблица 3.2.