6.3. Структура и общие свойства керамических изделий

Керамические материалы представляют собой композиционные материалы, в которых матрица (непрерывная фаза) представлена остывшим расплавом, а дисперсная фаза представлена нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами, заполненными воздухом.

Материал матрицы в свою очередь представляет собой микрокомпозиционный материал, состоящий из матрицы – непрерывной стекловидной фазы застывшего расплава и дисперсной фазы  кристаллических зерен силлиманита, муллита, кремнезема различных фракций и других веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов). Стекловидная, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава.

Истинная плотность керамических материалов 2,5 - 2,7 г/см³; плотность 2000 - 2300 кг/м³; теплопроводность абсолютно плотного черепка 1,16 В/(м°С). Теплоемкость керамических материалов 0,75 - 0,92 кДж/(кг°С).

Предел прочности при сжатии керамических изделий меняется в пределах от 0,05 до 1000 МПа.

Водопоглощение керамических материалов в зависимости от пористости меняется в пределах от 0 до 70%.

Керамические материалы имеют марки по морозостойкости: 15; 25; 35; 50; 75 и 100.

6.4. Основные виды керамических изделий

Стеновые изделия

К группе стеновых изделий относятся: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты), а также крупноразмерные блоки и панели из кирпича и керамических камней.

К ерамический кирпич относится к мелкоштучным стеновым изделиям, предназначен для кладки каменных и армокаменных конструкций. Одинарный кирпич имеет форму прямоугольного параллелепипеда размером 25012065 мм. Допускаются и другие стандартные размеры (см. рис. 6.2).

Крупное стеновое изделие называется керамический камень.

По плотности и теплотехническим свойствам керамические кирпичи и камни делят на три группы: 1 – эффективные (_m1450 кг/м³) с высокими теплозащитными свойствами; 2 – условно-эффективные (_m=1450…1600 кг/м³); 3 – обыкновенный кирпич (_m1600 кг/м³).

Для граней кирпича и камней приняты следующие названия: нижняя и верхняя – постель, большая боковая – ложок, меньшая боковая – тычок.

Кирпич может выпускаться полнотелым (без пустот) и пустотелым (с пустотами). Пустоты располагаются параллельно или перпендикулярно постели (горизонтальной грани кирпича), по форме они могут быть круглыми или прямоугольными. Керамические камни выпускаются только пустотелыми.

Формование пустот преследует несколько целей: экономия сырья, снижение массы кирпича и теплопроводности (благодаря чему можно уменьшить толщину наружных стен), ускорение сушки и обжига изделий, уменьшение напряжения от усадки и большая равномерность распределения температур при обжиге. Последние два фактора обеспечивают высокое качество черепка и практически полное отсутствие трещин.

В зависимости от способа формования различают кирпич пластического формования и полусухого прессования. За счёт малой начальной влажности при изготовлении кирпич полусухого прессования имеет более правильную форму и размеры, но строение черепка у него таково, что его морозостойкость ниже, чем у кирпича пластического прессования.

Для кладки внутренних и наружных стен зданий иногда применяют кирпич и камни из диатомитов и трепелов, которые обладают пониженной плотностью (700 – 1300 кг/м³) и малой теплопроводностью.

В зависимости от предела прочности при сжатии с учётом предела прочности при изгибе как полнотелые, так и пустотелые (с вертикальным расположением пустот) кирпичи подразделяются на марки по прочности 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250 и 300, а с горизонтальным расположением пустот – 25, 35, 50 и 100. Водопоглощение обыкновенного полнотелого кирпича должно быть не менее 8%, пустотелого и лицевого – не менее 6 %. Такое водопоглощение обеспечивает хорошее сцепление кирпича с кладочным раствором. По морозостойкости кирпич и камни имеют марки 15, 25, 35 и 50. Теплопроводность полнотелого кирпича составляет 0,7 – 0,82 Вт/(мС), пустотелого – в 1,5…2 раза меньше.

Недожог и пережог кирпича и камней является браком. После обжига цвет кирпича должен соответствовать эталонному. Наличие крупных известковых включений не допускается. Геометрические размеры изделия, количество и размеры дефектов (трещины, отбитости) должны соответствовать допускаемым значениям.

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней изготовляют для повышения индустриальности строительства. Их изготовляют обычно в горизонтальном положении в металлической форме с матрицей, имеющей ячейки для фиксации положения каждого кирпича и камня и обеспечивающей расшивку швов с лицевой стороны изделия или с матрицей со специальным рисунком отделочного слоя. Они изготовляются трех-, двух-, и однослойные длиной на один или два планировочных шага и высотой на 1 и 2 этажа, толщина панелей для внутренних стен и перегородок 80, 140, 180 и 280 мм.

Однослойные панели изготавливаются из керамических камней. Двухслойная панель состоит из одного слоя в 1/2 кирпича и слоя утеплителя толщиной до 100 мм. Трехслойная панель состоит из двух кирпичных наружных слоев, каждый толщиной 65 мм, и слоя утеплителя толщиной 100 мм между ними. Для обеспечения прочности панели при транспортировании и монтаже их армируют стальными каркасами из проволоки по периметру панели и проемов.

Облицовочные изделия

Керамические изделия для внешней облицовки зданий подразделяют на кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты и архитектурные детали (терракоту), плитки керамические фасадные и ковры из них.

Кирпич и камни лицевые являются не только облицовочными изделиями. Они укладываются вместе с кладкой стены и одновременно служат конструктивным несущим элементом вместе с обычным кирпичом. Лицевые кирпичи и камни выпускаются тех же размеров и форм, что и обычные, и отличаются от последних более высокой их плотностью и однородностью цвета. Марки по прочности 75, 100, 125 и 150, а по морозостойкости не менее 25. Регулируя состав сырья и режим обжига получают от белого, кремового до светло-красного и коричневого цветов. При отсутствии высококачественного сырья изготавливаются с лицевой поверхностью офактуренной: ангобированием, двухслойным формованием, глазурованием и торкретированием цветной минеральной крошкой. Двухслойные изделия изготовляют формованием из двух масс: основной части - местных красножгущихся глин и лицевого слоя толщиной 3…5 мм из светложгущихся окрашенных или неокрашенных глин. Применяется и рельефное офактуривание, которое производится путем обработки еще влажных сырцовых изделий специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками. Для зданий, возводимых из кирпича, лицевые кирпичи являются наиболее экономичным видом облицовки зданий.

Крупноразмерные облицовочные керамические плиты типа "плинк" универсального назначения выпускаются глазурованные и неглазурованные с гладкой, шероховатой или рифленой, одно или многоцветной поверхностью. Плиты имеют водопоглощение менее 1% и морозостойкость 50 циклов и более. Изготовляются квадратной или прямоугольной формы длиной 490, 990, 1190 мм, шириной 490 и 990 мм и толщиной 9…10 мм. Применяются для облицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов.

Терракота – крупноразмерные облицовочные изделия в виде плит, частей колонн, наличников и других архитектурных деталей.

Плитки керамические фасадные и ковры применяются для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей, подземных переходов и оформления других элементов зданий. Плитки выпускаются глазурованные и неглазурованные, рядовые и специального назначения с гладкой и рельефной поверхностью различных типов с размерами от 292x192x9 мм до 21x21x4мм. Плитки могут поставляться в коврах. Заводы выпускают ковры с наклейкой плиткой их лицевой стороной на крафт-бумагу.

Плитки керамические для внутренней облицовки подразделяются на две группы  для облицовки стен и для покрытия полов.

Плитки для внутренней облицовки стен (кафельные плитки) применяются двух видов - майоликовые и фаянсовые. Фаянсовые плитки изготовляются из сырьевой смеси каолина, полевого шпата и кварцевого песка, а майоликовые из красножгущихся глин с последующим покрытием глазурью. Плитки классифицируют: по характеру поверхности – на плоские рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия  прозрачные и глухие, блестящие и матовые одноцветные и декорированные многоцветными рисунками. По форме, назначению и характеру кромок плитки производятся следующих видов: квадратные, прямоугольные, фасонные угловые, фасонные карнизные прямые, для отделки внешних и внутренних углов и т.д. Размеры плиток для внутренней отделки обычно составляют (150÷200)х(50÷200)мм, толщина 5…8 мм.

Плитки керамические для полов (метлахские плитки) производятся из тугоплавких и огнеупорных глин с добавками и без них. Их применяют для настилки полов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования, где возможны воздействия жиров и других химических реагентов, интенсивное движение. При производстве такие плитки обжигаются до спекания, вследствие чего имеют водопоглощение не более 4% и высокую износостойкость. Плитки могут быть квадратными и многогранными. По виду лицевой поверхности плитки выпускаются гладкими, с рельефом и тиснением: одноцветные и многоцветные, матовые и глазурованные, с рисунками и без них.

Для устройства полов применяют и мозаичные плитки квадратной или прямоугольной формы размером 23 и 48 мм при толщине 6…8 мм, собранные в "ковры" на крафт-бумаге размером 398x598 мм.

Керамические изделия для кровли и перекрытий

Черепица имеет большую долговечность (до 300 лет) и по этому показателю значительно превышает любые другие кровельные материалы, а по текстурным качествам и по стоимости не уступает им. К недостаткам черепицы относятся необходимость большого уклона кровли (не менее 30%) и большой вес кровли, что требует особой прочности конструкции стропил, и высокая трудоемкость кровельных работ. Однако высокая долговечность, огнестойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям и распространенность сырья делают керамическую черепицу одним из самых эффективных кровельных материалов. Известна черепица разных типов (см. рис. 6.3). По назначению черепицу подразделяют на рядовую, коньковую, разжелобочную, концевую для замыкания рядов и черепицу специального назначения.

Камни и плиты для перекрытий. Перекрытия из пустотелых камней и плит огнестойки, долговечны, обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Камни керамические для перекрытий по назначению подразделяются для: сборных элементов настилов, часторебристых сборных или монолитных перекрытий, накатов (заполнение между балками). Пустотность керамических камней для перекрытий 50…75%.

Санитарно-технические керамические изделия и трубы

Изделия санитарные керамические  умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины и другие аналогичные изделия производятся из фарфоровых, полуфарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс, которые получают из одинаковых материалов, но по разной рецептуре и технологии. Изделия покрываются блестящей однотонной или цветной глазурью и обладают разными свойствами (например, фарфор имеет более плотный, полностью спекшийся черепок, благодаря чему он более прочный и имеет небольшое водопоглощение).

Трубы керамические канализационные применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые, агрессивные и не агрессивные воды. Трубы изготовляются цилиндрической формы длиной 1-1,5 м с внутренним диаметром 150-600 мм. На одном конце имеется раструб для соединения отдельных звеньев трубопровода.

Трубы керамические дренажные изготовляются из глины с добавками и без них и применяются в мелиоративном строительстве для устройства закрытого дренажа с защитой стыков фильтрующими материалами.

Трубы производятся с цилиндрической, шести- и восьмигранной поверхностью с внутренним диаметром 50…250 мм и длиной 333 мм. Внешняя поверхность труб покрывается глазурью. Вода в трубы поступает через круглые или щелевидные отверстия, а также через стыки труб.

Специальные керамические изделия

К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия.

Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 °С. Кирпич изготовляется марок от 125 до 300 и может иметь прямоугольную или клинообразную форму.

Клинкерный (дорожный) кирпич получают обжигом глин до полного спекания, но без остекловывания поверхности, поэтому он отличается от обычного высокими прочностью и морозостойкостью. Размер кирпича 220x110x65 мм. Марки по прочности  1000, 700 и 400, морозостойкость  100-50 циклов, а водопоглощение  не более 2…6 %. Клинкерный кирпич применяется для покрытия дорог и мостовых, обмуровки канализационных коллекторов и облицовки набережных.

Кислотоупорный кирпич применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, а также при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды. Размеры кирпича 230x113x65 и 230x113x55 мм. Свойства кирпича имеют следующие значения: кислотостойкость  98,5-96%; прочность при сжатии 60-35 МПа; термическая стойкость 5-25 теплосмен.

Кислотоупорные плитки применяются для футеровки оборудования и защиты строительных конструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред. По форме плитки бывают: квадратные плоские, квадратные радиальные, прямоугольные, клиновые и спаренные. С одной стороны плитки имеют ребристую поверхность, обеспечивающую лучшее сцепление с футерируемой конструкцией. Размеры плиток меняются в пределах: длина и ширина 50…200 мм, толщина 15…50 мм; кислотостойкость – 97…99 %.

Заполнители для легких бетонов

Керамзитовый гравий получают путем обжига гранул, приготовленных из вспучивающихся глин. Это легкий и прочный заполнитель насыпной плотностью 250-800 кг/м³. В изломе гранула керамзита имеет структуру застывшей пены. Спекшаяся оболочка, покрывающая гранулу, придает ей высокую прочность. В процессе обжига (до 1200°С) легкоплавкая глина переходит в пиропластическое состояние и вспучивается вследствие выделения внутри каждой гранулы газообразных продуктов. Они образуются при дегидратации слюдистых минералов и выгорании органических примесей.

Керамзитовый песок (зерна до 5 мм) получают при производстве керамзитового гравия, а также по методу кипящего слоя, обжигом глиняных гранул во взвешенном состоянии. Кроме того, его можно получать дроблением зерен гравия.

Аглопорит получают при обжиге глиносодержащего сырья (с добавкой 8…10% топлива) на решетках агломерационных машин. Каменный уголь выгорает, а частицы сырья спекаются. Применяют местное сырье: легкоплавкие глинистые и лессовые породы, а также отходы промышленности  золы, топливные шлаки и углесодержащие шахтные породы. Аглопорит выпускают в виде пористого песка, щебня и гравия.