Основы производства

КЕРАМИЧЕСКИЕ СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

1. Общие сведения о керамических строительных материалах.

1.1. Достоинства и недостатки.

1.2. Сырье.

1.3. Основы производства

2. Применение керамических строительных материалов в строительстве

2.1. Стеновые керамические материалы

2.2. Облицовочные керамические материалы

2.3. Прочие керамические материалы

Общие сведения о КСМ

Достоинства и недостатки.

Керамические строительные материалы изготовляют из природных глин, а также из их смесей с органическими и минеральными добавками. Искусственная поликристаллическая структура таких материалов окончательно формируется при обжиге (т.е. в условиях высоких температур).

Наряду с древесиной и природным камнем керамические материалы использовались еще в глубокой древности и были одними из самых распространенных.

Достоинства:

Керамические материалы отличаются высокими эксплуатационными характеристиками: долговечностью, большим ассортиментом, высокой прочностью, экологичностью.

Недостатки:

Хрупкость, трудоемкость.

Сырье

Основным сырьевым компонентом керамических строительных материалов является глина - осадочная горная порода, способная с водой образовывать пластичное тесто, по высыхании сохраняющее преданную ему форму, а после обжига получающее твердость камня. Наиболее чистые глины, состоящие преимущественно из каолинита, называют каолинами (рис.1). Обычные глины отличаются от каолинов химическим и минералогическим составом, т.к. помимо каолинита они содержат кварц, слюду, полевые шпаты, кальцит и т.д.

Важнейшими свойствами глин является пластичность, отношение к сушке (воздушная усадка) и отношения к высокой температуре.

Пластичность – важнейшее технологическое свойство глин, обуславливающее возможность формования из них различных керамических изделий. Степень пластичности зависит от минералогического состава и гранулометрического (зернового) состава, формы и характера поверхности зерен (шероховатая или окатанная), от содержания растворимых солей, органических примесей, воды.

Рис.1. Каолин

По степени пластичности:

· высокопластичные, имеющие водопотребность для получения удобоформуемой массы 28%, с воздушной усадкой 10-15%.

· средней пластичности, водопотребность 20-28%, воздушная усадка 7-10%.

· малопластичные, водопотребность < 20%, воздушная усадка 5-7%.

Воздушная усадка - уменьшение V, происходящее при сушке отформованных изделий в условиях нормальной комнатной температуры, вследствие удаления из нее воды и сближения глинистых частиц.

Пластичность глины зависит от гранулометрического состава: чем больше глинистых частиц, тем выше пластичность.

В состав глины входят различные по крупности частицы:

· песчаные фракции (5/0.14) мм;

· пылевидные фракции (0.14/0.005) мм;

· глинистые фракции < 0.005 мм.

Свойство глины, не расплавляясь, противостоять воздействию высоких температур называется огнеупорностью. Огнеупорные глины являются высокодисперсными, содержание в них фракций < 0, 001 мм составляет 60-80%. В легкоплавких глинах преобладают фракции (0, 01-0, 001) мм.

Для придания различных свойств глинам в них вводят различные добавки.

Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин.

· шамот(обожженная и измельченная глина);

· кварцевый песок (рис.2);

· бой изделий;

· молотый шлак;

· зола (рис.3).

Рис.2. Кварцевый песок Рис.3. Зола

Выгорающие (порообразующие ) добавки – вводятся для получения изделий с меньшей объемной массой и повышенной пористостью.

Органические добавки:

· древесные опилки (рис.4);

· угольная мелочь и порошок;

· торфяная пыль.

Рис.4. Древесные опилки

Минеральные добавки - вещества, выделяющие при больших температурах углекислый газ.

· мел;

· доломит (рис.5);

· глинистый мергель.

Рис.5 Доломит

Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно - гигиенических свойств, снижения водопроницаемости и улучшения внешнего вида покрывают декоративными слоями – глазурью или ангобом.

Глазурь – стекловидное покрытие толщиной t=0, 1-0, 2мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом.

Стронциевые, циркониевые глазури могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), если в их состав добавлено 6% двуокиси олова (PвО₂).

По способу приготовления глазури:

· сырые, получают помолом и смешиванием всех компонентов –нефритованные.

· фриттованные, получают плавлением непластичных компонентов с последующим помолом оплавленной массы.

Глазури состоят из кварца, полевого шпата, каолина, мрамора.

Ангобом (глина+ песок+ мел+ красящие вещества) называют покрытие из тонкого слоя белой или цветной глиняной массы толщиной t=0, 25-0, 4 мм; после обжига становится матовым (рис.6).

Рис.6. Покрытие - ангоб

Ангоб обжигают до полного спекания с изделием. Для ускорения спекания добавляют плавни, например, стеклянный бой.

Основы производства

Несмотря на то, что керамические изделия отличаются большим разнообразием по назначению, форме, физико-механическим свойствам, производство их в основном примерно одинаково и состоит из следующих процессов:

· добыча глины в карьерах;

· подготовка сырья;

· дозировка:

· перемешивание;

· формование;

· сушка;

· обжиг.

Заводы по производству керамических изделий часто строят вблизи месторождений глины, тогда глиняный карьер является частью завода.

Глину разрабатывают открытым способом экскаваторами.

К карьерным работам относятся:

1) подготовительные – вскрытие и подготовка месторождения

2) добычные – извлечение глины

3) транспортные – доставка к месту переработки.

Механическая обработка глины производится для выделения или измельчения каменистых примесей и получения однородной массы.

Различают 3 способа формования керамических масс:

· пластический (мокрый)

· полусухой

· литьё.

При мокром способе массу увлажняют до 20-25%.

Рис.7. Схема пресса для получения кирпича

Керамические массы для кладки стен (кирпич) формуют на ленточных шнековых прессах, где с помощью шнека керамическая масса перемещается к суживающейся переходной головке и мундштуку.

При полусухом способе массу увлажняют до 8-12% и формуют изделия прессованием (р=15-40 МПа) в специальных формах. Необходимость в сушке отпадает.

Способ литья – применяют для получения сравнительно тонких керамических материалов (мозаичных плиток t< 2мм). Жидкая керамическая масса (шликер) попадает в специальные поддоны на автоматических конвейерных линиях.

Цель процесса сушки – снизить усадочные деформации и предотвратить растрескивание материалов при последующем обжиге. Сушка связана с испарением влаги с поверхности изделия, перемещение влаги с его внутренней части к поверхности и теплообменом между материалом и окружающей средой.

Сушка:

· естественная – в сушильных сараях или навесом (6-15 суток) применяется только на мелких кирпичных заводах;

· искусственная

а) конвективный способ (теплоноситель: дымовые газы, горячий воздух омывает изделие и придает ему теплоту)

б) радиационный способ (изделия воспринимают теплоту от нагретых поверхностей.

На заводах для сушки используют тоннельные и камерные сушилки.

Обжиг изделий – важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на 3 периода:

1. прогрев сырых изделий (удаляется гироскопическая вода, частично разлагаются карбонаты, сгорают органические примеси, равномерно прогревается масса изделия)

2. обжиг t = 800 – 1000 для легкоплавких

t = 1150 – 1200 для тугоплавких

Обжиг – расплавление части материала, в результате чего происходит стекание массы и образование керамического черепка.

3. регулируемое охлаждение.

В начальной стадии t снижают медленно и лишь после 650 градусов процесс можно ускорить.