Строительная керамика

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

«Омский государственный  технический университет»

 

 

 

Кафедра «Безопасность  жизнедеятельности»

 

 

 

 

Реферат на тему:

«Строительная керамика»

 

 

 

 

 

 

                                                                         Выполнила: студентка гр. ПБ-419

Линькова А.А.

Проверила: ст. преподаватель

Мухамеджанова Е.Я.

 

 

 

 

Омск 2012

 

Содержание

1.Введение

2. Понятие строительной керамики

2.1. Сырьевые материалы

3. Свойства глин как сырья для керамических изделий

3.1. Пластичность

3.2. Отвердевание глины при высыхании и усадка

3.3. Переход глины при обжиге в камневидное состояние

3.4. Спекаемость

4. Особенности производства

4.1. Обработка глиняной массы

4.1.1. Формование

4.1.2. Сушка сырца

4.1.3. Обжиг изделий

4.2. Стеновые керамические изделия

4.2.1. Керамический кирпич

4.3. Керамические изделия для наружной и внутренней облицовки зданий

4.4. Керамические изделия специального назначения

Заключение

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

  Значение промышленности строительных материалов в нашей стране огромно – от уровня производства их всецело зависят темпы и качество строительных работ.

  Различные эксплуатационные условия зданий и сооружений, параметры технологических процессов обуславливают разнообразные требования к строительным материалам, а отсюда вытекает весьма обширная номенклатура их свойств: прочность при нормальной или высокой температуре (последняя характеризует жаро- или огнестойкость материала), водостойкость, стойкость против действия различных солей, кислот и щелочей, шлакостойкость (имеющая особое значение в металлургических процессах) и т.д. Не менее важна в строительстве и технике проницаемость (или непроницаемость) материалов для жидкостей, газов тепла, холода, электрического и радиоактивного излучения. Наконец материалы для отделки помещений жилых и общественных зданий, садов и парков должны быть красивыми, долговечными и прочными.

  Важнейшие свойства строительных  материалов определяют области  их применения. Только глубокое  и всестороннее знание свойств  материалов позволяет рационально  и в техническом, и в экономическом отношениях выбрать материал для конкретных условий использования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Понятие строительной керамики

  Керамическими называют каменные  изделия, получаемые из минерального  сырья путем его формования  и обжига при высоких температурах. 
  Термин «керамика» происходит (по П. П. Будникову) от слова «керамейя», которым в Древней Греции называли искусство изготовления изделий из глины. И теперь в керамической технологии используют главным образом глины, но наряду с ними применяют и другие виды минерального сырья, например чистые оксиды (оксидная техническая керамика). Керамические материалы – самые древние из всех искусственных каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к каменному веку. Возраст керамического кирпича как строительного материала более 5000 лет.

  В современном строительстве  керамические изделия применяют  почти во всех конструктивных  элементах зданий, облицовочные  материалы используют в сборном  домостроении. Богатство эстетических  возможностей керамики обеспечили  ей видное место в отделке  фасадов зданий и внутренних  помещений. Керамические пористые  заполнители – это основа легких  бетонов. Санитарно-технические  изделия, а так же посуду  из фарфора и фаянса широко  используют в быту. Специальная  керамика необходима для химической  и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные  изделия), электротехнике и радиоэлектронике  (электроизоляторы, полупроводники и др.) ее применяют в космической технике.

  Керамические строительные  материалы в зависимости от  их структуры разделяют на  две основные группы: пористые  и плотные. Пористые поглощают  более 5% воды (по массе), в среднем  их водопоглощение составляет 8 – 20% по массе или 14 – 36% по объему. Пористую структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а так же стенки дренажных труб и т.д. Плотные поглощают менее 5% воды, чаще всего 1 – 4% по массе или 2 – 8% по объему. Плотную структуру имеют плитки для пола, дорожный кирпич, стенки канализационных труб и др. 
  По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: стеновые изделия (кирпич, пустотелые камни и панели из них); кровельные изделия (черепица); элементы перекрытий; изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, малогабаритные и другие плитки, наборные панно, архитектурно-художественные детали); изделия для внутренней облицовки стен (глазурованные плитки и фасонные детали к ним – карнизы, уголки, пояски); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); теплоизоляционные изделия (ячеистая керамика); санитарно- технические изделия (умывальные столы, ванны, унитазы); плитка для пола; дорожный кирпич; кислотоупорные изделия; огнеупоры; изделия для подземных коммуникаций (канализационные и дренажные трубы).

  Приведенная классификация  показывает широкое распространение  керамических материалов и изделий  в строительстве.

 

Сырьевые  материалы

Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются каолины  и глины, применяемые в чистом виде, а чаще – в смеси с  добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами) Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние. 
  Каолины состоят почти исключительно из минерала Al2O3 2SiO2 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм; после обжига сохраняют белый цвет. 
  Глины боле разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазита Al2O3 2SiO2 4H2O. 
  Содержание таких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005мм 80 – 90 %. 
 
В глинах могут быть примеси снижающие, температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные включения CaCO3 являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация CaO, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придает глине привычную красную окраску. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска глин зависит от примесей как минерального, так и органического происхождения богатых углеродом. 
  Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита. Содержание в них частиц меньше 0,001мм достигает 85 – 90 %.

  Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак. 
  Шамот – зернистый керамический материал (с зернами 0,14 – 2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий – лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

Парообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения  легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые  при обжиге диссоциируют с выделением газа, например CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают. 
  Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка. 
  Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностноактивные вещества – сульфитно-дрожжевая бражка и др.  
  Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п. 
 
Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. Глазури –      это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными – в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция. 
  Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не обожженные изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

 

Свойства  глин как сырья для керамических изделий

Пластичность.

  Глина, замешанная в определенном количестве воды, образует глиняное тесто, обладающее связностью и пластичностью. 
  Пластичностью глины называют ее свойство во влажном состоянии принимать под влиянием внешнего воздуха желаемую форму без образования разрывов и трещин и сохранять полученную форму при сушке и обжиге. 
  Техническим показателем пластичности является число пластичности 
  Пл = WT – WP,где WT и WP – значения влажности, соответствующие пределу текучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %. 
  Для производства строительных керамических изделий обычно применяют умеренно пластичные глины с числом пластичности Пл = 7 – 15. Малопластичные глины с Пл меньше 7 плохо формуются, а высокопластичные глины с Пл больше 15 растрескиваются при сушке и требуют отощения. 
  Связующая способность глины проявляется в связывании зерен непластичных материалов (песка, шамота и др.), а также в образовании при высыхании достаточно прочного изделия – сырца. Эту способность используют при кладке печей, труб.

 

Отвердевание  глины при высыхании и усадка. 
  Особенность глиняного теста – способность отвердевать при высыхании на воздухе. Прочность высушенной глины обусловлена действием ван-дер-ваальсовых сил и цементацией зерен минералов ионами примесей. Силы капиллярного давления стягивают частицы глины, препятствуют их разъединению, вследствие этого происходит воздушная усадка. При насыщении водой мениски исчезают, прекращается действие капиллярных сил, частицы свободно перемещаются в избытке воды, и глина размокает. 
  Усадка – это уменьшение линейных размеров и объема глиняного сырца при его сушке (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка) глин. Усадку выражают в процентах от первоначального размера изделия. 
  Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2 – 3% до 10 – 12 % в зависимости от содержания тонких фракций. Для уменьшения усадочных напряжений к жирным глинам добавляют отощители. Поверхностно-активные вещества (СБД и др.), введенные в глиняную массу в количестве 0,05 – 0,2 %, улучшают смачивание частиц глины водой, позволяют сократить формовочную влажность и снизить воздушную усадку.  
  Огневая усадка получается из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются, и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка может составлять 2 – 8 % в зависимости от вида глины. 
  Полная усадка, равная алгебраической сумме воздушной и огневой усадок, колеблется от 5 до 18 %. Соответственно увеличивают размеры форм, чтобы получить готовое изделие необходимых форм.

 

Переход глины  при обжиге в камневидное состояние. 
  В процессе высокотемпературного обжига глина претерпевает физико-химические изменения. Сначала испаряется свободная вода, затем выгорают органические вещества. При температуре 700 – 800єС происходит разложение безводного метакаолинита Al2O3 2SiO2, который образовался ранее (при температуре 450 – 600є С) вследствие дегидратации каолинита; затем Al2O3 и SiO2 при повышении температуры (до 900єС и выше) вновь соединяются, образуя исскуственный минерал – муллит (3Al2O3 2SiO2). Муллит придает обожженному керамическому изделию водостойкость, прочность, термическую стойкость. С его образованием глина необратимо переходит в камневидное состояние. Вместе с образованием муллита расплавляются легкоплавкие составляющие глины, цементируя и упрочняя материал. 
  Обжиг кирпича и других пористых изделий обычно заканчивается при температуре 950 – 1000єС.Дальнейшее повышение температуры резко интенсифицирует образование и накопление жидкой фазы – силикатного расплава, который не только цементирует частицы глины, но и уплотняет керамический материал. В результате получаются изделия с плотным керамическим черепком, отличающимся малым водопоглощением (менее 5 %).

 

Спекаемость. 
  Спекаемостью глин называют их свойство уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок.  
  Интервал спекания легкоплавких глин (для производства кирпича, керамзита) 50 – 100єС, огнеупорных глин – 400єС. 
  Огнеупорные глины (и изделия из них) противостоят действию высоких температур, не деформируясь и не расплавляясь. Чистый каолинит плавится при температуре 1770єС,однако различные примеси (Fe2O3, CaCO3, и др.)понижают эту температуру. Представляя собой сложные природные смеси, глины не имеют определенной температуры плавления. При 750 – 800 градусов в следствии частичного плавления легкоплавких эвтектических смесей начинается уплотнение черепка и закрытие пор, т.е. происходит спекание. 
  Цвет глины после обжига имеет существенное значение для облицовочных керамических изделий, а также для тонкой керамики. Для получения белого черепка обжиг ведут в восстановительной среде (при наличии свободных CO и H2 в газах) и при определенных температурах, чтобы Fe2O3 перевести в FeO. Не желательны в глине крупные зерна пирита FeS2 и оксидов железа, образующие на черепке после обжига черные точки. Выделение свободного оксида железа при нагревании между 450 и 800 градусов придает изделию красноватое и желтоватое окрашивание. Оксиды титана вызывают глубокую синеватую окраску черепка.

 

Особенности производства

Обработка глиняной массы 
  Производство керамических изделий включает следующие этапы: карьерные работы, механическую обработку глиняной массы, формование изделий, их сушку и обжиг. 
  Карьерные работы включают добычу, транспортировку и хранение промежуточного запаса глины. Вылеживание замоченной глины, ее вымораживание в течении годичного срока на открытом воздухе разрушает природную структуру глины, она диспергируется на элементарные частицы, что повышает пластичность и формовочные свойства керамической массы (см. приложение 1). 
  Механическая обработка глины осуществляется с помощью глинообрабатывающих машин и имеет цель: выделить или измельчить каменистые включения, гомогенизировать керамическую массу и получить необходимые формовочные свойства. Каменистые включения выделяют из глины, пропуская ее через винтовые камневыделительные вальцы или применяя другие специализированные машины. Можно добиться полного выделения камней из глины гидравлическим обогащением: глину распускают в глиноболтушках, а затем шликер пропускают через сито, на котором отделяются камни размером более 0,5 мм; шликер обезвоживают в мощных распылительных сушилках. 
  Глину измельчают после выделения каменистых включений. Если их нет в глине, то после доставки на завод ее сразу подвергают грубому дроблению, потом тонкому измельчению. После тонкого измельчения глину надо промять, чтобы получить глиняную массу с необходимой формовочной влажностью.