Текст книги "Строительные керамические материалы и изделия"

В настоящее время проводятся меры по ужесточению требований к величине нормативного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, которые связаны с экономией энергоресурсов, в связи с чем совершенствуется технология производства стеновой керамики. Так, полнотелый кирпич уступил место пустотелому, затем была разработана технология получения поризованного кирпича (ГОСТ 530, ТУ 5741-017-03984362-98, DIN 105).

Ячеистая структура материала, образованная за счет введения предусмотренных минеральных и органических порообразующих добавок, позволяет значительно увеличить размеры изделия, в связи с чем возможен переход от многорядной кладки к однорядной, в которой длина кирпича соответствует толщине несущей стены. Применение укрупненных камней, имеющих на боковых гранях пазы и гребни, исключает необходимость выполнения вертикальных швов.

Чтобы обеспечить максимальный теплотехнический эффект, рекомендуется в качестве кладочного использовать раствор на легких заполнителях – перлите и керамзите, обладающих пониженной теплопроводностью. Для исключения попадания раствора в пустоты, его укладывают на пластиковую или стеклосетку. Такой тип кладки не только исключает так называемые мостики холода, но и экономит расход кладочного раствора.

Для повышения теплозащитных свойств и качества стен является также использование шлифованных крупнозернистых поризованных пустотелых камней, укладываемых на специальный клеевой состав толщиной слоя 1 мм. Эти камни размером 200 х 249 х 500 мм и 375 х 249 х 250 мм имеют соответственно вес 18,2 и 17, 3 кг, термическое сопротивление 0,76 и 3,06 м кв. . К/Вт, прочность на сжатие 12 и 8 МПа и звукоизолирующую способность 44 и 51 дБ. Их используют при плотности 600…1400 кг/м куб. для кладки несущих однослойных наружных стен. Высокие эксплуатационные свойства изделий обеспечивает ввод в формовочную массу отощающих и поризующих добавок. В качестве отощающих добавок используют шлифованную пыль, полученную после обработки обожженных изделий, в качестве поризующих добавок применяют смесь опилок и гранулированных бумажных отходов.

Глиняная черепица. Черепицу из глины применяют для устройства кровель и малоэтажном жилом строительстве. Получают черепицу путем пластического формования из высокопластичных и среднепластичных высокачественных глин. В зависимости от формы и назначения изготовляют пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую черепицу.

Черепица должна иметь ровные края без отбитостей, гладкие поверхности без трещин и известковых включений. Правильно обожженная черепица при легком постукивании металлическим предметом издает чистый звук. Это долговечный материал, обладающий огнестойкостью, высокой плотностью, маркой по морозостойкости F25 и прочностью на излом от 7 до 10 МПа. Однако черепица обладает большой массой (до 65 кг/м кв.), хрупкостью, ее применение возможно только в кровле с уклоном не менее 30%. С целью снижения веса и облегчения кровли в некоторых странах ленточную черепицу формуют пустотелой.

Производство этого строительного материала связано с жесткими требованиями к качеству сырья, что в значительной степени ограничивает его производство. В настоящее время внедрено получение черепицы методом полусухого прессования со специальной обработкой поверхности, повышающей водонепроницаемость и морозостойкость кровельного материала из глинистых сланцев, малопластичной глины, лессовидных суглинок.

Керамические трубы. Канализационные керамические трубы представляют собой длинномерные пустотелые изделия с плотным спекшимся черепком, полученным из огнеупорных и тугоплавких глин, покрытые снаружи и внутри кислотостойкой глазурью и имеющие на одном конце раструб. В настоящее время развивается производство более экономичных безраструбных труб, которые соединяются муфтами-кольцами.

Керамические трубы используют при строительстве безопорных сетей для транспортировки агрессивных отходов химических производств, а также водопроводных сетей, проходящих в агрессивных грунтовых водах. Они более коррозиостойкие, чем чугунные, бетонные и железобетонные. Производят канализационные трубы диаметром 150…600 мм с длиной ствола 800…1200 мм и толщиной стенки 19…41 мм. Водопоглощение труб – не более 8 %, кислотостойкость – не менее 93 %. Трубы должны выдерживать внутреннее гидравлическое давление не менее 0,15 МПа в течение 5 минут и внешнюю нагрузку на 1 м длины 20…30 кН в зависимости от диаметра труб.

Дренажные трубы представляют собой керамические неглазурованные изделия с гладкой поверхностью и сквозными канавками или прорезями для повышения водопроницаемости. Такие трубы предназначены для сбора и отвода грунтовых вод с целью понижения их уровня и осушения почвы. Их выпускают без раструбов внутренним диаметром от 40 мм до 200 мм и длиной от 33 мм до 500 мм. Трубы должны выдерживать внутреннее гидравлическое давление не менее 0,05 МПа и иметь морозостойкость не ниже F15.

Керамические облицовочные материалы и изделия применяют для вертикальной и горизонтальной отделки поверхностей с целью защиты их от увлажнения, механического повреждения, воздействия огня, химических веществ, обеспечения требуемых гигиенических норм, удобства уборки, придания облицовочным поверхностям декоративности.

Различают наружную облицовку и внутреннюю. Для облицовки фасадов применяют следующие облицовочные изделия:

– кирпич лицевой сплошной,

– кирпич лицевой пустотелый,

– пустотелые лицевые камни,

– керамические плитки,

– фасонные детали для устройства сливов, карнизов.

Керамические лицевые кирпичи и камни. В современном строительстве лицевой кирпич применяют для отделки внутренних стен лестничных клеток, вестибюлей, переходов, отдельных архитектурных элементов зданий, интерьеров.

Кирпич. Керамические лицевые кирпич и камни от обыкновенных отличаются большей точностью формы и размеров, однородностью цвета и оттенка в данной партии. Эти изделия сочетают в себе свойства конструкционных и отделочных материалов. Подбирая исходное сырье, вводя пигменты и регулируя время и температуру обжига, получают кирпич разных оттенков от белого до коричневого.

Чтобы придать кирпичу большую декоративность, лицевую поверхность отделывают ангобом или глазурью. Ангобированный кирпич получают путем нанесения декоративного керамического покрытия (ангоба) толщиной 0,2 мм. Сырьевым материалом для получения ангобов служат беложгущиеся глины и стеклобой, а также мел, каолин и кварцевый песок. Чтобы получить цветное покрытие в состав ангоба, вводят 7 % минеральных красителей. Ангобы наносят на отформованные изделия в виде керамической суспензии средней плотности.

Глазурованный кирпич получают путем нанесения глазурного покрытия на обожженный кирпич способом двукратного обжига. После первого обжига кирпич зачищают карборундовым камнем или шлифуют, удаляют с поверхности пыль, увлажняют и пульверизатором наносят глазурное покрытие. После сушки глазурного покрытия кирпич обжигают вторично.

Разработана также технология получения двухслойного кирпича с лицевым слоем из цветной или белой глины с красителями. Кроме изделий, имеющих строго геометрическую форму, выпускают камни и кирпичи лицевые профильные, форма и размер которых оговариваются заказчиком.

Для зданий, возводимых из кирпича, лицевой кирпич является наиболее экономичным видом облицовки фасадов зданий. Применение лицевого кирпича по сравнению с мокрой штукатуркой снижает стоимость 1 кв. м стены почти на 20 %, уменьшает трудовые затраты на 25 % и сводит до минимума эксплуатационные затраты на содержание здания.

Керамическая плитка. В современном строительстве керамические плитки, как правило, применяют в качестве отделочного материала для внешней и внутренней облицовки. Керамические плитки обладают высокой архитектурной выразительностью, хорошими физико-механическими свойствами, сравнительно невысокой стоимостью, недефицитностью исходного сырья. Применение новой технологии изготовления керамических плиток, основанной на полусухом прессовании и скоростном обжиге в специальных печах, дает им возможность занять ведущее положение среди строительных отделочных материалов.

При производстве плиток для облицовки фасадов применяют беложгущиеся легкоплавкие глины с добавлением отощающих добавок и плавней.

Их производят методом прессования из порошкообразных масс толщиной от 4 мм до 9 мм и методом литья из керамических суспензий, толщиной до 3 мм. Изготовление керамических плиток состоит из нескольких этапов:

– приготовление пресс-порошка в башенных распылительных сушилах,

– прессования,

– сушки,

– глазурования,

– обжига.

Чтобы разрушить природную структуру глины, удалить или измельчить крупные включения, придать пластические свойства, глину измельчают в мельницах, а затем увлажняют для получения однородной массы (шликера). Далее в распылительных сушилах, где совмещаются процессы обезвоживания, дробления и сепарации, получают пресс-порошок. Использование распылительных сушил позволяет сократить потери массы и добиться получения пресс-порошка стабильного гранулометрического состава и постоянной влажности. Затем на специальных весах осуществляется прессование плиток. Сушат плитки в конвейерно-поточных щелевых сушилах или на поточно-конвейерных линиях со щелевыми печами.

В основном керамические плитки производят трех видов: для облицовки стен, полов, фасадов. В зависимости от области применения к ним предъявляют различные требования по внешнему виду и физико-механическим свойствам.

Плитки могут быть квадратными и прямоугольными, размером от 21 х 21 мм до 250 х 140 мм. Лицевая поверхность фасадных плиток может быть с естественно светлоокрашенным черепком и глазурованной. По фактуре она может быть гладкой или рифленой, матовой или блестящей. Обратную сторону плиток делают рифленой для более прочного сцепления с раствором. Фасадные изделия должны иметь водопоглощение от 16 до 14 % и морозостойкость не ниже F25. В зависимости от рельефа лицевой поверхности выпускают также цветные архитектурные плитки типа «робм», «лепесток», «шары», «волна», «диагональные» и др.

Используют плитки также для облицовки наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей зданий, подземных пешеходных переходов и проездов транспорта. В современном строительстве успешно применяют новые технологии керамической отделки фасадных поверхностей бетонных панелей, например, прямое глазурование керамическими глазурями бетонной поверхности с последующим расплавлением глазури в течении 4 минут при температуре 900 0С в электрической экранной печи.

Не рекомендуют применять керамические плитки для облицовки стен из кирпича и ячеистого бетона из-за разной структуры материалов, возможного скопления влаги на границе раздела и, как следствие, отслоения облицовки.

Для внутренней облицовки используют керамические глазурованные и неглазурованные плитки квадратной, прямоугольной и фигурной формы различных размеров, цветов и рисунков. Плитки всех сортов должны быть одного оттенка без трещин и волнистостей. Водопоглощение плиток не должно превышать 16 %, средний предел прочности при изгибе – не менее 12 МПа. Плитки должны выдерживать без появления дефектов перепады температур от 125 до 20 0С. Их используют для облицовки внутренних стен лечебных и торговых помещений, столовых и кухонь, санитарных узлов, бытовых помещений, плавательных бассейнов и др.

Для отделки полов, к которым предъявляют требования по чистоте, износостойкости, химической стойкости и декоративности, выпускают керамические одноцветные и многоцветные плитки, квадратные, прямоугольные, шестигранные, пятигранные с длиной грани 50…100 мм, толщиной 10…13 мм, а также ковры из мелкоразмерных плиток определенного рисунка, плитки типа «паркет» с тисненым рисунком, имитирующим ценные породы дерева, рельефные плитки с глазурным покрытием, керамические плиты универсального назначения длиной до 1,5 м, шириной 0,5 м и др.

Полы из керамических плиток водонепроницаемы, хорошо сопротивляются истирающим усилиям, легко моются, долговечны, кислотостойки и щелочестойки. Такие полы устраивают в помещениях, подверженных систематическому увлажнению – в банях, санитарных узлах, прачечных, вестибюлях, школах, торговых залах, на лестничных площадках жилых и общественных зданий, а также в производственных помещениях некоторых предприятий. Водопоглощение плиток должно быть не более 4 %, число твердости – 7…8 по шкале Мооса, кислотостойкость – 92…98 %, прочность на сжатие – 180…250 МПа.

Чтобы повысить ударную прочность, стойкость к истирающим нагрузкам и морозостойкости, в состав жесткой формовочной массы вводят каменные высевки горных пород. Так, каменные высевки гранита позволяют получить изделия с гладким или рельефным рисунком лицевой поверхности под природный камень различных оттенков, полированный и неполированный. Такие плитки могут быть использованы для внутренней и наружной облицовки ступеней и полов.

В качестве фильтрующих материалов (труб, плит, фильтров), а также для диффузионных и аэрационных процессов применяют керамические пористые изделия. Такие изделия с успехом применяют для аэрации сточных вод, очистки никелевых пульп от углекислоты, аэрации порошков, тонкой очистки бензина, аэрации оборудования гидрогеологических и водозаборных скважин, аэрации при очистке промышленных и бытовых вод, фильтрации аммиака и аммиачно-воздушной смеси от посторонних примесей и др.

Керамические пористые изделия характеризуются высокой химической и механической стойкостью, долговечностью, огнестойкостью и компактностью. В строительстве чаще всего применяют песчано-силикатные, шамотно-силикатные и фаянсовые многошамотные изделия. Важнейшим показателем пористой керамики является размер пор.

Изготовляют керамические пористые изделия в виде свечей, стаканов, труб, плит, дисков и др.

К материалам и изделиям специального назначения относятся санитарно-технические: умывальники, раковины лабораторные, мойки, ванны и т.д. В качестве основного сырья для их производства используют беложгущиеся каолиновые глины, полевые шпаты для снижения температуры обжига, бой обожженных изделий (отощающие добавки).

В зависимости от соотношения в формовочной смеси глины и пород полевого шпата, придающих за счет стеклообразования при обжиге повышенную плотность и прочность керамическому черепку, методом литья получают фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые изделия.

Фаянсом называют белый пористый черепок водопоглощением 9…12 %, прочностью до 100 МПа. Все фаянсовые изделия глазуруют для придания им водонепроницаемости и улучшения внешнего вида.

Фарфор – это плотноспекшийся черепок прочностью 500 МПа, водопоглощением 0,2…0,5 %, теплостойкий, химически стойкий. Он просвечивается в проходящем свете.

Полуфарфор занимает промежуточное положение по составу массы и свойствам. Он обладает повышенными санитарно-гигиеническими и механическими свойствами. Прочность на сжатие изделий из него составляет 150…200 МПа, водопоглощение – от 2 до 5 %.

Кислотоупорные изделия. Кислотоупорные изделия применяют для футеровки башен и резервуаров на химических предприятиях, для устройства полов и защиты стен в цехах с агрессивными средами. Такие изделия, как кислотоупорный кирпич, кислотоупорная и термокислотоупорная плитка, фасонные детали должны быть химически стойкими, обладать прочностью и термической устойчивостью. Эти свойства изделиям обеспечивает целенаправленный подбор сырья, основу которого составляют чистые кислотоупорные, тугоплавкие и огнеупорные глины, спекающиеся при температуре 1100…1200 градусов.

Кислотоупорный кирпич изготавливают трех классов – А, Б и В. Качество изделий оцениваю по кислотостойкости (не менее 96 %), водопоглощению (не более 8,5 %), пределу прочности при сжатии (не менее 35 МПа), термической стойкости и водонепроницаемости в течение 24 часов.

Кислотоупорные керамические трубы изготовляют таким же методом, как и канализационные. Они имеют плотный спекшийся черепок, с обеих сторон покрытый глазурью. Отличаются кислотоупорные трубы высокой плотностью и прочностью, малым водопоглощением и высокой устойчивостью к действию кислот. Применяются кислотоупорные керамические трубы для перемещения неорганических и органических кислот и газов при разряжении и давлении до 0,3 МПа.

Кислотостойкие плитки в зависимости от назначения и состава производят следующих марок:

К – кислотоупорные;

КФ – керамические фарфоровые;

ТК – термокислотоупорные;

ТКД – термокислотоупорные дунитовые (дунит – горная порода, повышающая термостойкость);

ТКГ – термокислотоупорные для гидролизной промышленности;

КШ – кислотоупорные шамотные (шамот – спекшаяся термостойкая глина);

ТКШ – термокислотоупорные для строительных конструкций. Соответствие изделий ГОСТу 961 проверяют по тем же показателям, что и для кирпича. Кислотоупорные и термокислотоупорные плитки имеют плотно спекшийся черепок, высокую прочность, низкое водопоглощение (не более 9 %), высокую кислотостойкость – 96 – 98 %, высокую термическую стойкость. Плитки типа ТКГ должны обладать кислотостойкостью 97 %, водопоглощением не более 6 %, пределом прочности при сжатии не менее 25 МПа и термической стойкостью 10 теплосмен. Применяют их, как и плитки ТК для футеровки варочных котлов целлюлозной, гидролизной и других отраслей промышленности.

Огнеупорные материалы в виде кирпича и фасонных изделий используют для футеровки печей, топок и других аппаратов, работающих при высоких температурах. К этим материалам предъявляют требования по прочности, огнеупорности, теплостойкости, химической стойкости против воздействия различных газов, расплавленных металлов, шлаков, стекломассы.

Эти материалы разделяют на огнеупорные (1580…1770 0С), высокоогнеупорные (1770…2000 градусов) и высшей огнеупорности (выше 2000 градусов). В зависимости от химико-минералогического состава их классифицируют на динасовые кремнеземистые (до 1780 0С, прочность 15…35 МПа), шамотные (до 1750 градусов, прочность при сжатии 10…12,2 МПа) и высокоглиноземистые (2000 градусов и выше).

К теплоизоляционным керамическим материалам относятся диатомитовые, пенодиатомитовые, перлитодиатомитовые изделия, а также такие рыхлые сыпучие материалы, как керамзитовый щебень, гравий, щебень, песок, аглопористый песок.

В виде высокопористого огнеупорного кирпича теплоизоляционные материалы получают из осадочных глинистых пород – трепела и диатомита. Производство изделий осуществляют пеновым методом и (или) методом выгорающих добавок. Диатомовые изделия способом выгорающих добавок получают следующим образом. Диатолит предварительно подсушивают, измельчают и смешивают с древесными опилками или иными органическими дисперсными добавками. Затем смесь увлажняют и из полученной массы экструзионным способом формуют изделия, которые затем обжигают.

При обжиге органические добавки выгорают и образуют поры, а частицы диатомита спекаются, и изделия приобретают заданную прочность. Производство пенодиатомитовых изделий включает следующие этапы:

– подготовка сырья;

– приготовление пенодиатомитовой массы и формирование из нее изделий;

– стабилизацию пористой структуры изделий методом сушки;

– образование пористого керамического черепка обжигом.

Наибольшее снижение средней плотности достигается сочетанием нескольких технологических приемов: повышенного водозатворения, введения пористого заполнителя (вспученного перлитового песка) и воздухововлекающих добавок. Плотность полученных изделий колеблется от 300 до 500 кг/м куб., предел прочности при сжатии – 0,6…1,2 МПа. Применяется для тепловой изоляции строительных конструкций и сооружений, промышленного оборудования и трубопроводов при температуре изолируемых поверхностей до 900 0С.

Керамзит. Керамзит представляет собой гравий ячеистой структуры. Сырьем для его получения служат хорошо вспучивающиеся легкоплавкие пластичные глинистые породы с добавкой минералов, содержащих большое количество кристаллизационно связанной воды (гидрослюды) или золы теплоэлектростанций. Увеличение объема материала (вспучивание) в процессе обжига происходит в результате газообразования и парообразования в размягченной, частично расплавленной массе полуфабриката и приводит при быстром охлаждении к закреплению пористой замкнутой структуры оплавленных с поверхности гранул.

Основным способом получения керамзита является пластический способ, при котором глинистое сырье проходит несколько стадий помола и перемешивается до получения однородной массы. Далее из этой массы на дырчатых вальцах или специальных прессах формуют сырцовые гранулы в виде цилиндриков диаметром 6…12 мм. Их окатывают, подсушивают и подают во вращающуюся печь на обжиг и вспучивание. Чтобы придать керамзиту заданную прочность за счет образования кристаллов из расплава температуру с 1150 до 600…800 0С снижают сначала медленно, а затем быстро для придания защитной оплавленной поверхности, которая обеспечивает замкнутую, ячеистую структуру.

По величине гранулы могут быть от 5 до 40 мм, насыпной плотности 150…800 кг/м куб. Предел прочности на сжатие 0,4…4 МПа, водопоглощение 15…25 %. Применяют керамзит при производстве керамзитобетонных стеновых панелей, а также панелей покрытий и перекрытий. Как сыпучий, легкий теплоизоляционный материал, его применяют для заполнения колодезной кладки при возведении наружных стен, утепления полов и крыш.