Экономические основы технологии производства кровельных керамических материалов

СОДЕРЖАНИЕ 
Введение 3 
1. КЕРАМИЧЕСКАЯ ЧЕРЕПИЦА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРОВЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ 5 
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 6 
3. КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 7 
4. ВИДЫ ГЛИНЯНОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 9 
5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 10 
Заключение 12 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 13 
 
 
Введение 
Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин. «Керамос»- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины. В глубокой древности из глин путем обжига получали посуду, а позднее (около 5000 лет назад) стали изготовлять кирпич, а затем черепицу. 
Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве. В долговечности керамических материалов можно убедиться на примере Московского Кремля, стены которого сложены почти 500 лет назад. 
Среди сырьевых порошкообразных материалов - глина, которая имеет преимущественное применение при производстве строительной керамики. Она большей частью содержит примеси, влияющие на ее цвет и термические свойства. Наименьшее количество примесей содержит глина с высоким содержанием минерала каолинита и потому называемая каолином, имеющая практически белый цвет. Кроме каолинитовых глин разных цветов и оттенков применяют монтмориллонитовые, гидрослюдистые. 
Кроме глины к применяемым порошкообразным материалам, являющимися главными компонентами керамических изделий, относятся также некоторые другие минеральные вещества природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки. 
Для технической керамики (чаще именуемой специальной) используют искусственно получаемые специальной очисткой порошки в виде чистых оксидов, например оксиды алюминия, магния, кальция, диоксиды циркония, тория и др. Они позволяют получать изделия с высокими температурами плавления (до 2500-3000В°С и выше), что имеет важное значение в реактивной технике, радиотехнической керамике. Материалы высшей огнеупорности изготовляют на основе карбидов, нитридов, боридов, силицидов, сульфидов и других соединений металлов как без глинистых сырьевых веществ. Некоторые из них имеют температуры плавления до 3500 - 4000В°С, особенно из группы карбидов. 
Большой практический интерес имеют керметы, состоящие обычно из металлической и керамической частей с соответствующими свойствами. Получили признание огнеупоры переменного состава. У этих материалов одна поверхность представлена чистым тугоплавким металлом, например, вольфрамом, другая - огнеупорным керамическим материалом, например оксидом бериллия. Между поверхностями в поперечном сечении состав постепенно изменяется, что повышает стойкость материала к тепловому удару. 
Для строительной керамики, как отмечено выше, вполне пригодна глина, которая является распространенным в природе, дешевым и хорошо изученным сырьем. В сочетании с некоторыми добавочными материалами из нее получают в керамической промышленности разнообразные изделия и в широком ассортименте. Их классифицируют по ряду признаков. По конструкционному назначению выделяют изделия стеновые, фасадные, для пола, отделочные, для перекрытий, кровельные изделия, санитарно-технические изделия, дорожные материалы и изделия, для подземных коммуникаций, огнеупорные изделия, теплоизоляционные материалы и изделия, химически стойкую керамику. 
По структурному признаку все изделия разделяют на две группы: пористые и плотные. Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды (кирпич обыкновенный, черепица, дренажные трубы). В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему. Плотными принимают изделия с водопоглощением меньше 5% по массе, и они практически водонепроницаемые, например плитки для пола, канализационные трубы, кислотоупорный кирпич и плитки, дорожный кирпич, санитарный фарфор. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему. Абсолютно плотных керамических изделий не имеется, так как испаряющаяся вода затворения, вводимая в глиняное тесто, всегда оставляет некоторое количество микро- и макропор. 

 
1. КЕРАМИЧЕСКАЯ ЧЕРЕПИЦА  ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КРОВЕЛЬНЫХ  МАТЕРИАЛОВ 
Классическую керамическую черепицу изготавливают из глины. Производится в основном в Германии, Польше и странах Скандинавии.  
В настоящее время выпускается черепица трех типов: плоская, волнообразная и желобчатая. Натуральная черепица — элитный, престижный и надежный кровельный материал. Современный рынок предлагает огромное разнообразие форм, цветов и покрытий керамической черепицы: традиционное натуральное, благородное ангобированное, яркое, переливающееся на солнце, глазурованное. Абсолютная герметизация кровельного покрытия обеспечивается двойным замком — вертикальным и горизонтальным, что имеет огромное значение в суровом российском климате. 
К основным преимуществам керамической черепицы относятся: 
Морозо- и огнестойкость, а также высокая устойчивость к ультрафиолетовому излучению. 
Термостойкость: медленно нагревается и так же медленно остывает. 
Высокий уровень шумопоглощения. 
Не накапливает статическое электричество. 
Обеспечивает простоту монтажа крыш, в том числе и сложной конфигурации. 
 
2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ 
Керамическая черепица является одним из наиболее долговечных кровельных материалов (срок службы более 100 лет). Она огнестойка, чрезвычайно устойчива к агрессивным средам и солнечной радиации, обладает высокой шумоизоляцией и морозостойкостью. 
Из-за низкой теплостойкости летом под такой кровлей прохладно, а зимой тепло. Низкая теплопроводность в сочетании с массивностью материала обусловливает также минимальное образование конденсата на внутренней поверхности черепичного покрытия. 
Одним из основных критериев, отличающих качественную черепицу, является высокая плотность и низкая пористость, причем поры должны быть преимущественно замкнутыми. Чем выше пористость черепицы, тем ниже ее прочностные характеристики. Более того, чем больше открытых пор, тем выше способность черепицы поглощать и удерживать влагу. Высокое водопоглощение, как известно, снижает морозостойкость черепицы (способность в насыщенном водой состоянии выдерживать требуемое число циклов попеременного замораживания и оттаивания). Высокая пористость отрицательно влияет также на водопроницаемость черепицы (способность пропускать воду под давлением). 
Испытания черепицы на водопроницаемость, водопоглощение и морозостойкость являются основной частью системы контроля качества на солидном производстве, хотя методики испытаний могут отличаться друг от друга. 
До недавнего времени считалось, что одним из недостатков черепицы является разброс геометрических размеров отдельных плиток. Современная же черепица, изготовленная на полностью автоматизированном оборудовании, имеет стабильные размеры. 
 
3. КЛАССИФИКАЦИЯ КЕРАМИЧЕСКОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 
По способу производства 
Ленточный 
Штампованный 
По форме внешней поверхности 
Черепица натуральная керамическая имеет такие виды поверхности: 
Венская (устройство черепицы предполагает наличие желобков и профиля) 
Римская (подобно венской, имеет профиль и желобки ) 
Альпийская (абсолютно гладкая, см. рисунок 1) 
 
Рисунок 1 – вид альпийской черепицы 
По типу покрытия 
Натуральная, т.е. без покрытий. Имеет оранжево-коричневый цвет обоженной глины. У разных производителей керамо черепица без покрытия имеет разный оттенок - цвет зависит от глины, которая была использована при изготовлении.  
Ангобированная керамочерепица. В основе ее лежит натуральная черепица, только сверху она покрывается цветным покрытием и приобретает матовость.(см. рисунок 2) 
Эдельангобированная черепица имеет лоснящееся внешнее покрытие с эффектом глянца, благодаря данному покрытию, керамо черепица становится более устойчивой к разным воздействиям. 
 
Рисунок 2 - Ангобированная керамочерепица 
По принципу монтажа 
Простой (однослойный его еще именуют) – черепица, у которой за желоб цепляется только одно ребро . 
Сложный (или двухслойный) – по аналогии с предыдущим цепляется двумя и более ребрами. 
 
4. ВИДЫ ГЛИНЯНОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 
Глиняная черепица представляет собой кровельный материал, получаемый из легкоплавких глин путем формования сырца, его сушки и последующего обжига. Черепица как кровельный материал прочна и огнестойка. Кровля из нее не требует частых ремонтов. Недостатки черепичной кровли — большая ее масса, необходимость устройства значительных уклонов для стока воды, а также большая трудоемкость возведения. Черепицу применяют в малоэтажном сельском строительстве. 
В настоящее время керамические заводы выпускают черепицу нескольких видов: 
пазовую штампованную (не нормируется), (рисунок 3а);  
пазовую ленточную(400x220), (рисунок 3б);  
плоскую ленточную (365x155), (рисунок 3в);  
коньковую (365x200) (рисунок 3г). 
 
Рисунок 3 – виды керамической черепицы 
 
5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОЙ ЧЕРЕПИЦЫ 
Среди популярных на сегодня кровельных материалов только черепица из обожженной глины с успехом используется на протяжении несколько веков. За это время технология производства черепицы практически не изменилась, разве что ручной труд был автоматизирован. Исходным сырьем для керамической черепицы служит качественная гончарная глина, добыча которой ведется неподалеку от черепичного производства. После добычи из карьера глина поступает по конвейеру на сырьевые склады, где подвергается предварительной обработке — выдерживается в течение определенного времени, затем обрабатывается при помощи колесной мельницы, разбивающей глиняную массу на фрагменты, подвергаемые просеиванию для устранения примесей и перетиранию. Далее в порошкообразную глину добавляется вода и пластификаторы в заданных пропорциях — получается однородной пластичная масса. 
Прошедшая промешивание глиняная масса уплотняется при помощи шнеков и выдавливается через плоскую фильеру — на конвейер поступает глиняная лента, которая режется на пластины заданного размера. Второй способ формовки — прессование в прессе револьверного типа, в котором с целью получения качественной черепицы используются не металлические, а гипсовые пресс-формы. 
Следующий этап — сушка формованных глиняных пластин в особых камерах, под постоянным контролем влажности и температуры. В течение равномерной сушки из будущей черепицы устраняются излишки влаги, что позволяет избежать образования трещин и изменения формы вследствие неравномерной усадки. Затем керамическая черепица направляется на обжиг. Предварительно ее подвергают ангобированию или глазурованию, если же конечный цвет продукта должен быть красным, то эти виды обработки не производятся. Черепица естественного красного цвета, т.е. не глазурованная или ангобированная, называется натуральной, цвет ей сообщают содержащиеся в глине окислы железа. Ангоб — смешанная с водой белая глина, в которую добавлены различные минеральные пигменты, или цветная глина. Она наносится на поверхности черепицы и придает ей определенную расцветку, не выцветающую со временем. При этом поверхности ангобированной черепицы в процессе эксплуатации не будут трескаться, т.к. исходным материалом в обоих случаях выступает глина, соответственно, коэффициенты температурного сужения и расширения у черепицы и ангоба идентичны. Другой способ окраски черепицы — глазурование, т.е. ее покрытие порошкообразным материалом, после обжига придающим черепице стекловидную поверхность с характерным блеском. Цвет глазурованной черепицы зависит от ионов металлов, включенных в состав глазури. Преимущества глазурованной черепицы заключаются в высокой защите от проникновения влаги в поры, после дождя покрытая такой черепицей кровля выглядит, как новенькая — влага смывает любые загрязнения, возвращая кровельному покрытию естественный блеск. 
Помимо придания черепице декоративных свойств глазурование и ангобирование обеспечивают прочный и плотный слой на ее поверхностях, дополнительно уменьшая пористость. Дело в том, что при обжиге керамической черепицы примеси, присутствующие в составе гончарной глины даже в малом количестве, выгорают, образуя полости различного объема, снижающие морозостойкость и водонепроницаемость этого кровельного материала. Черепица проходит три стадии обжига в туннельных печах: 
прогрев до 120°С, при этом из сырых пластин устраняется связанная физически влага, их материал утрачивает пластичность; 
обжиг с постепенным подъемом температуры до 1000°С. При достижении 450-600°С в глиняных пластинах происходит испарение химически связанной влаги, глинистые минералы разрушаются и черепица приобретает начальную жесткость. Дальнейшее увеличение температуры приводит к сгоранию органических примесей, пластичность керамики полностью утрачивается. Температура достигает 800°С, в результате ее воздействия повышается поверхностная прочность керамических пластин. При повышении температуры в печи до 1000°С и выше содержащиеся в глине легкоплавкие минералы и соединения плавятся, обволакивая и стягивая расплавом неплавкие частицы, что приводит к усадке и уплотнению керамической черепицы; 
постепенное охлаждение керамической черепицы, по завершении которого этот кровельный материал приобретает прочность и водостойкость. 
Пройдя все производственные этапы, готовая натуральная черепица выбраковывается, маркируется и поступает на склады готовой продукции. Основной критерий качества керамической черепицы, помимо отсутствия малейших визуальных дефектов, остается неизменным на протяжении многих веков — при отстукивании металлическим предметом она издает звонкий и чистый звук. 
 
Заключение 
Керамическая черепица является долговечным материалом, кровельная система будет служить долго. Так же материал является экологически чистым, сделана такая черепица из смеси глин, без синтетических добавок; имеет высокую устойчивость к внешним факторам среды; легкость ремонта, так как можно заменить фрагмент крыши; хорошо изолирует от шума. 
 
 
 
 
 
 
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 
[1] . Основы материаловедения / Сажин В.Б. - М.: Теис, 2005. - 155с. 
[2] Керамические строительные материалы. [Электронный ресурс].- Режим доступа: http://stroilogik.ru/stroitelstvo/stroi-materialy/94-keramicheskie.html 
[3] Керамическая черепица. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.know-house.ru/cgi-bin/new/roof.cgi?backid=4&id=15