Производство керамического камня

Введение

 

Строительная керамика – большая группа керамических изделий, применяющихся при строительстве жилых и промышленных зданий и сооружений. Керамические стеновые изделия – один из наиболее древних искусственных материалов, их возраст около 5 тыс. лет. Они отличаются своей долговечностью, высокими художественными характеристиками, кислотостойкостью и полным отсутствием токсичности. Применение глины для изготовления посуды и других керамических изделий было известно уже в глубокой древности, за несколько тысяч лет до нашей эры. Ассирийцы и египтяне уже были знакомы с обжигом керамических изделий и приготовлением цветной глазури. В древней Греции и Риме керамическое производство также было весьма развито. При археологических раскопках на территории Европы и Азии были найдены керамическая посуда, вазы, различные украшения, относящиеся к IV—V векам.

В данный момент в производстве строительных керамических изделий сосредоточено внимание на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой продукции и расширении ассортимента. При строительстве новых предприятий предусматривается установление   автоматизированных и высокомеханизированных технологических линий на базе современного отечественного и  импортного оборудования. Осваивается выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционные полнотелые изделия. Это позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства.

Расширение ассортимента и, в частности, производство эффективных изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности до 1250-1350 кг/м3 и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м2 наружных стен на 20-30%. На действующих заводах наряду с дальнейшей механизацией и автоматизацией производства изделий будут всемерно улучшаться их качества и повышаться прочностные свойства, требующиеся для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича, камней высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить их расход на 15-30%.

Улучшение качества продукции вызывает необходимость повышения культуры производства, более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам, улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода различных добавок, в том числе отходов других отраслей промышленности.

Нашей промышленностью выпускаются камни следующих размеров: длина (250, 190 и 290) ±6 мм, ширина (120, 70, 90 и 190) ±4 мм, толщина (138, 188 и 288) ±4 мм. Объемный вес камней (брутто) находится в пределах 1300—1450 кг/мг, т. е соответствует классу В. По морозостойкости камни удовлетворяют требованиям, предъявляемым к обыкновенному кирпичу, водопоглощение их не менее 6% от веса камней, высушенных до постоянного веса.

Пустотелые камни поставляются на строительные объекты в комплекте с дополнительными отделочными камнями (для выкладки карнизов, поясов и т. п.). Не допускается применение пустотелых камней для кладки фундаментов и цоколей зданий, а также для наружных стен помещений с большой влажностью.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Основные свойства сырья  и вспомогательных материалов

 

Сырьевую массу для изготовления керамических изделий обычно составляют из пластичных материалов (глины, каолины) и непластичных материалов (отощающих и выгорающих добавок/плавней). Глины и каолины объединяют общим названием — глинистые материалы. В производстве некоторых искусственных обжиговых материалов используют диатомиты, трепелы, а также шлаки, золы, сланцы в чистом виде или с добавкой глин, порообразующих и других добавок. Глины представляют собой осадочные горные породы тонкоземлистого' строения, которые независимо от их минерального и химического состава способны при смешивании с водой образовывать пластичное тесто, переходящее после обжига в водостойкое и прочное кам-невидное тело. Образовавшись в результате выветривания главным образом полевошпатовых пород, глины состоят из плотной смеси различных глинистых минералов, представляющих собой водные алюмосиликаты со слоистой кристаллической структурой. Наиболее распространенными из них являются каолинитовые (каолинит и галлуазит), монтмориллонитовые (монтмориллонит, бейделлит ) и гидрослюдистые (в основном продукты разной степени гидратации слюд).

Керамические свойства глин характеризуются пластичностью, связностью и связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность — способность глиняного теста деформироваться под влиянием внешних механических воздействий без нарушения сплошности (без разрыва или образования трещин) и сохранять полученную форму после прекращения этих воздействий. На этом свойстве и основана возможность формования изделий.

Связность — усилие, необходимое для разъединения частиц глины. Как уже указывалось, связность глин обусловлена малой величиной и пластинчатой формой частиц глинистого вещества. Высокой связностью обладают глины, содержащие повышенное количество глинистых фракций.  

Связующая способность глины, выражается в том, что глина может связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие — сырец.

Воздушная усадка (усушка) глин —уменьшение размеров и объема сырцового изделия. В процессе сушки вода испаряется, толщина водных оболочек вокруг глинистых частиц сокращается и отдельные частицы глины сближаются между собой, в результате чего происходит воздушная усадка. Огневая усадка глин — изменение размеров и объема при обжиге изделия. При обжиге наиболее легкоплавкие соединения глины переходят в состояние жидкости, которая обволакивает нерасплавившиеся частицы и частично заполняет промежутки между ними. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения жидкой фазы вызывают сближение твердых частиц обжигаемой глины и объем ее уменьшается, т.е. происходит огневая усадка.  

Огнеупорность — свойство глин выдерживать действие высокой температуры без деформации. Глины вследствие неоднородности состава не имеют определенной температуры плавления. При действии высоких температур они размягчаются и постепенно деформируются.

Наиболее эффективной добавкой в технологии керамического камня  является каолинитовая глина. Каолинитовые глины или каолины в основном состоят из водных алюмосиликатов и кремнезема. Другие минералы обычно присутствуют в ничтожных количествах. Ее используют в качестве добавки для улучшения сушильных свойств керамических масс и сокращения сроков сушки сырца, позволяет предотвратить образование трещин. Каолинитовые глины менее дисперсны, чем монтмориллонитовые, содержат 20 - 25 % илистых частиц, из них 5 - 10 % коллоидных. Каолинит имеет небольшую набухаемость и липкость. Считается, что он преобладает в кислых (дерново-подзолистых) почвах. Из водных алюмосиликатов в каолин входит в основном каолинит в кристаллическом состоянии или в виде геля, а также диккит и накрит, имеющие тот же состав Al. В небольших количествах содержатся галлуазит, аллофан, пирофиллит и монтмориллонит. Кремнезем присутствует в каолинах главным образом в форме кварца; встречаются также опал и халцедон.

В данной работе  для производства керамического камня в качестве основного компонента используем глину Темиртауского месторождения, основные свойства которой представлены в табл.1

Таблица 1 – Характеристика сырья для получения керамических изделий

Вид сырья	Показатель	Размерность	Значение (норма)	Источник информации
1	2	3	4
1 Глина	Химический состав: SiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO TiO2 CaO MgO SO3 K2O Na2O Ппп Гигроскопическая Н2О CO2 Несвяз. SiO2	%	56,08 13,4 4,03 0,22 0,7 4,9 2 0,39 1,7 0,8 4,96 4,04   3,4 34,2
	Минералогический состав: Глинистые минералы Кварц Полевой шпат Карбонаты Оксиды Слюды Хлориты Пироксены Примеси	%	20 30 25 15 5 - - - 2-3
	Гранулометрический состав: Глинистые фракции Песчаные фракции Пылеватые фракции	%	37-76   10-32   4,5-39
	Свойства: Влагоемкость Набухание Предел текучести Предел раскатывания №2 Степень пластичности Воздушная усадка Общая усадка Водопоглощение после обжига при 1300оС Температура спекания Огнеупорность Растяжимость	%
2 Добавка -	Химический состав: SiO2 Al2О3 Н2О (химически связанная вода). Свойства: Плотность Твердость   Температура спекания Огнеупорность	%         кг/м3 по шкале Мооса   °С

 

2 Номенклатура выпускаемой продукции и её свойства

 

Завод по производству керамического кирпича будет расположен в г.Темиртау вблизи Темиртауского месторождения глин. Производственная мощность 45 млн. шт. условного камня в год. Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого материала, основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добычи сырьевых материалов; подготовки сырьевой массы; формования изделий (сырца); сушки сырца; обжига изделий; обработки изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.

Разработку (добычу) сырья осуществляют на карьерах открытым способом — экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или транспортерами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки.

Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

Подготовка массы

Заключается в обогащении, дроблении, тонком помоле материалов, увлажнении и перемешивании массы. Подготовленные материалы керамической массы тщательно смешивают. Различают три способа приготовления керамической массы: пластический, полусухой и шликерный.

Полусухой способ прессования

Полусухой способ прессования применяется при плотной структуре глиняного сырья и низкой исходной влажности (8-12%). Из полусухих порошкообразных масс изделия формуют на прессах высокого давления (10-30 МПа и более). Изделия, спрессованные из порошков, обладают в сырце большой прочностью и точностью размеров, а также характеризуются низкой усадкой при обжиге. Из порошкообразных масс изготовляют обыкновенный пустотелый кирпич, керамические камни и плитки.

 

 

Основные параметры и размеры

Кирпич и камни керамические (далее - изделия) изготовляют в форме параллелепипеда и в зависимости от размеров подразделяют на виды, указанные в таблице 2.

Таблица 2

В миллиметрах

Вид изделия	Номинальные размеры по
	длине	ширине	толщине
Кирпич одинарный	250	120	65
Кирпич утолщенный	250	120	88
Кирпич модульных размеров одинарный	288	138	63
Кирпич модульных размеров утолщенный	288	138	88
Кирпич утолщенный с горизонтальным расположением пустот	250	120	88
Камень	250	120	138
Камень модульных размеров	288	138	138
Камень модульных размеров укрупненный	288	288	88
Камень укрупненный	250 250 180	250 250 250	138 188 138
Камень укрупненный с горизонтальным расположением пустот	250 250	250 200	120 80
Примечание - Допускается по согласованию с потребителем выпускать укрупненные камни размерами:                                                                        380     180       138                                                                                     380     255       188                                                                       380     250       138

 

 

 

Предельные отклонения от номинальных размеров в миллиметрах не должны превышать:

-  для изделий пластического формования из лессов, трепелов, диатомитов

±7 ...................... по длине

±5 ...................... по ширине

- для изделий пластического  формования и полусухого прессования

±5 ..................... по длине

±4 ..................... по ширине

±3 ..................... по толщине - для кирпича

±-4 ..................... по толщине - для камня

Отклонение от перпендикулярности граней в миллиметрах не должно превышать:

±4 - для изделий пластического формования из лессов, трепелов, диатомитов; 

±3 - для изделий пластического формования и полусухого прессования.

Типы и размеры 

1. Одинарный и утолщенный кирпич  изготовляют полнотелым (без пустот  и с технологическими пустотами, объем которых составляет не  более 13 %) и пустотелым, а камни -  только пустотелыми. Размеры, форма и расположение пустот в изделии, а также пустотность изделия приведены в приложении А.

Толщина наружных стенок пустотелого изделия должна быть не менее 12 мм.

Изделия могут быть изготовлены другой пустотности, с другим числом и расположением отверстий при условии соблюдения требований 3.5, 4.3.

2. Пустоты в изделиях должны располагаться перпендикулярно или параллельно постели и могут быть сквозными и несквозными.

Ширина щелевидных пустот должна быть не более 16 мм, а диаметр цилиндрических сквозных пустот и размер стороны квадратных пустот - не более 20 мм.

Для укрупненных камней допускаются пустоты (для захвата при кладке) с площадью сечения пустот не более 13% от площади основания.

Диаметр несквозных пустот и размеры горизонтальных пустот не регламентируют.

3.По прочности изделия с вертикально расположенными пустотами изготовляют марок: 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, а с горизонтально расположенными пустотами - 25, 35, 50, 100.

4. По морозостойкости изделия подразделяют на марки: F15, F25, F35, F50.

5.Условное обозначение керамических изделий должно состоять из названия, вида, марки по прочности и морозостойкости, обозначения настоящего стандарта.

Примеры условных обозначений

Кирпич керамический полнотелый одинарный марки по прочности 100, марки по морозостойкости F15:

Кирпич К - 100/1/15/ГОСТ 530-95

Кирпич керамический пустотелый одинарный марки по прочности 150, по морозостойкости F15: