Определения водопоглащения керамической плитки

Таким образом, как видно из таблицы 1.1, в международных стандартах устанавливается большее количество требований, предъявляемых к керамическим плиткам, чем в действующем СТБ 1354-2002.

1.2 Нормативные требования для керамической плитки

Существует  несколько мировых стандартов (норм) для установления технических характеристик  керамической плитки, а также методов  контроля и критериев приемлемости каждой характеристики. Самые известные  из них это: DIN (Германия), UPEC (Франция), BS (Великобритания), ASTM-ANSI (США), UNI EN (Италия). Имеются также российские стандарты  на плитку: ГОСТ 6887-90 (плитка керамическая для полов), ГОСТ 13996-93 (плитка керамическая фасадная и ковры из нее). Но наибольшее распространение и применение получили Нормы UNI EN на керамическую плитку, разработанные Европейской комиссией Стандартизации (CEN) (Италия). Они действительны во всех странах Европы и принявших их внеевропейских странах. В таблице 1.2 приведены характеристики поверхности (глазурованная, неглазурованная) керамических плиток, водопоглощения смеси в зависимости от видов плитки и области применения изделий.

Таблица 1.2. Классификация керамической плитки

Нормы EN не имеют законную силу: допускается  реализация керамических изделий, не удовлетворяющих  требованиям указанных норм. Однако для приобретения товарного знака качества UNI фирма изготовитель керамической плитки обязана строго соблюдать нормы EN.

Водопоглощение - отношение массы воды, поглощенной  образцом при полном насыщении, к  массе сухого вещества (выражается в процентах). Является тем критерием, который определяет многие технические  и эксплуатационные характеристики плитки. Водопоглощение – это один из двух параметров, на которых основывается классификация по стандартам EN ISO, которое определяет значение пористости (вернее, «открытой» пористости). Этот параметр является классифицирующим, поскольку от него зависят важные свойства (например, морозоустойчивость. Ведь чем больше воды впитала в себя плитка, тем больше вероятность ее разрушения, когда при отрицательных температурах вода превратиться в лед и увеличит свой объем) [7]. Так, низкое водопоглощение гарантирует более высокую морозоустойчивость плитки. Это в немалой степени влияет на срок службы керамических покрытий наружных поверхностей, а также стен и полов в помещениях, где отсутствует постоянное отопление. 

Водопоглощение  существенно влияет также на предельную прочность плитки или способность  ее сопротивляться нагрузкам на изгиб. Прочность напольного покрытия, выполненного из образцов с низким водопоглощением, будет намного выше, чем из плиток такой же толщины с пористой структурой тела.

Присутствие воды может подвергнуть плиточное  покрытие серьезному испытанию. Задерживаясь в порах плитки, она просачивается  в подстилающий слой или собирается в швах, а при понижении температуры  замерзает. Обьем ее при этом расширяется  и создается сильное натяжение  как в самой плитке, так и  в подстилающем слое. При каждом последующем замерзании могут появиться  трещины, сколы и характерные  изломы.

Контроль  качества продукции на предприятие  осуществляет отдел технического контроля, лаборатория по контролю производства, цеховые лаборатории. Функции контроля распределены между ОТК и различными отделениями заводских лабораторий. И деятельность данных отделов заключается  практически только в контроле. Основная задача работников отдела технического контроля – предупреждать, а не только фиксировать появление некачественной продукции. В соответствии с действующими стандартами ГОСТ 27180-2001,   ГОСТ 6787-2001, предписывающие качественные требования, которым должны соответсвовать первосортные материалы, и описывающие методику проведения испытаний, проверяют керамическую плитку на водопоглощения. Так как этот метод предусматривает «разрушение» продукта и, соответственно, не могут выполняться на линии производства, то для проведении  данного испытании один раз в смену инженер по технологии и качеству отбирает из разных мест партии методом случайного отбора по 5 единиц продукции и проверку осуществляет отдельно от производственного процесса. Все контрольные результаты заносятся в журналы. При отрицательном результате испытания (продукт не соответствует техническим условиям) необходимо, чтобы производитель имел возможность определить причины путем анализа параметров различных циклов производственного процесса и принять соответствующие меры. Кроме того, следует определить бракованные продукты и исключить их из дальнейшего производственного процесса [8].

 1.3 Методы измеряемого показателя качества

Любой керамический материал – это, как правило, сочетание твердого вещества (кристаллического и стекловидного) с пустотами – порами. Объем  пор, их размеры и характер распределения  оказывает значительное влияние  на ряд свойств керамических изделий  и материалов. Так, например, механическая прочность керамики зависит не только от общей пористости, но и от размера  пор, равномерности их распределения. Бесспорно, что с увеличением пористости механическая прочность керамики уменьшается за счет увеличения дефектности структуры и снижения прочности связей. Установлено, что объем пор, заполненных водой, определяет морозостойкость строительной керамики; количество, размер и характер распределения пор во многом определяют шлакоустойчивость огнеупорной футеровки печей; пористость влияет на теплопроводность и звукопроводность керамических материалов, что особенно важно для строительных и тепоизоляционных материалов. По величине пористости определяют температуру спекания керамики, интервал спекшегося состояния, которые позволяют сделать заключение о поведении материала в обжиге

От характеристик  пористости в основном зависит коэффициент  однородности изделий по прочности, который в свою очередь определяет коэффициент запаса прочности закладываемый  при проектировании различных сооружений. Низкий коэффициент запаса прочности  приводит к значительному перерасходу  материалов, увеличению армирования  и массы конструкций. Имеются  конкретные формулы для выражения  зависимости между прочностью при сжатии и размером воздушных пор образцов. И из этих и других зависимотей следует, что чем меньше радиус пор, тем выше прочность характеристики материала. Однако мелкопористые системы характеризуются повышенным водопоглощением. При извлечение из воды крупные поры освобождаются из нее, мелкие – ее удерживают. В зависимости от условий эксплуатации необходимо выбирать материалы с определенными характеристиками пористости, что возможно лишь при наличии быстрых, надежных и удобных методов определения характеристик пористоти.

Исследовательские и производственные организации  располагают десятками различных  методик и приборов для определения  характеристик пористой структуры  керамичесикх изделий. Данные методы можно разделить на оптические и методы взаимодействия материала с жидкостями, а также механические методы определения.

В технологии керамики  показатель водопоглощения часто оценивают путем определения  других свойств, непосредственно зависящих  от него. К таким показателям относятся  плотность материала (истинная, кажущаяся, относительная) и пористость.

Наибольшее  распространение получили способ водонасыщения, с помощью которого определяют кажущуюся  пористость, ртутная порометрия, оптический и фотоэлектронный методы.

Существуют  следующие методы измерения водопоглощения:

1. Метод измерений поверхностей
2. Фотометрическое оптическое измерение
3. Метод трубки Карстена
4. Ртутная порометрия
5. Метод пористой жидкостной экструзии
6. Пикнометрический метод
7. Определение водопоглощения при атмосферном давлении в воде температурой (20±5) °С.
8. Определение водопоглощения под вакуумом в воде температурой (20±5)°С
9. Определение водопоглощения керамических изделий при атмосферном давлении в кипящей воде
1. Метод измерений поверхностей.

Заключается в измерении площади сечения  пор на фотоизоброжениях тонко отшлифованных  поверхностей бетона. Исходя из площади  пор, определяется диаметр их сечения  для определенной площади фотоизоброжения  поверхности керамической плитки. Общая  пористость в этом случае определяется как отношение площади занимаемой сечениями пор к общей площади  исследованной поверхности. Этот метод  требует тщательной подготовки образцов и трудоемок, фотоизоброжения вносят определенные искажения, что нарушает результаты исследований. Этот способ не требует длительной и тщательной подготовки поверхности образца, а позволяет лишь субъективно оценить характер пористости плитки. А по полученным данным пористости, с помощью формул, вычисляется и водопоглощение [7].

2. Фотометрическое оптическое измерение.

Этот метод позволяет быстро и с достаточной точностью получать характеристики пористости материалов с ячеистым строением с помощью специальной фотоэлектронной установки.

Сущность  метода заключается в следующем. Поверхность высушенного до постоянной массы образца шлифуют и окрашивают контактным способом белой матовой  эмалью. Затем поверхность образца  покрывают тонкодисперсной голландской  сажей, которая при этом забивает все поверхностные поры шлифа. После  этого сажу смывают с поверхности  образца водой. Таким образом, все  внутренние поверхности пор оказываются  окрашенными в черный цвет, а поверхности  стенок пор — в белый цвет.

Принцип работы установки основан на измерении  светового потока, отраженного от поверхности шлифа. Величина светового  потока зависит от соотношения черных (пор материала) и белых (стенок пор) участков поверхности образца. Если обозначить объем части образца, находящейся вблизи рассматриваемого он позволяет быстро и с достаточной точностью получать характеристики пористости материалов с ячеистым строением с помощью специальной фотоэлектронной установки.

Измерив на фотоэлеткронной  установке характер макроструктуры пористых строительных материалов, можно оценить их основные физико-технические свойства, в том числе водопогощение [8].

3. Неразрушающий метод трубки Карстена.

Данный метод  относится к полевым. Суть данного  метода заключается в определении  точного количества воды, проникающего за единицу времени через единицу  площади поверхности материала. В ходе испытаний по методу Карстена градуированную трубку  фиксируют  на вертикальной поверхности испытуемого  материала. Затем трубку заполняют  водой на необходимую высоту (высота наполнения коррелируется со скоростью  ветра) и определяют объем сорбированной  воды через определенные промежутки времени.

4. Ртутная порометрия

Ртутная порометрия основана на нагнетании ртути в образец, из которого предварительно откачен воздух. По мере того, как заполняются самые крупные, затем менее крупные каналы, требуется все большее и большее давление, чтобы протолкнуть ртуть через самые мелкие каналы. Количественно связь соотношения размеров каналов в породе выражается в изменении объемов ртути, входящей в образец при последовательно увеличивающихся давлениях. Повышение давления следует производить медленно, с выдержками не менее 1 мин. При вдавливании ртути измеряется сечение входа в пору [7]. 

5. Метод пористой жидкостной экструзии

Сущность  метода. Образец загружается в камеру с мембраной у нижней части. Мембрана подбирается таким образом, что её наибольшая пора была меньше, чем наименьшая пора в исследуемом образце. Поры образца, мембрана, и пространство под мембраной заполняются смачивающей жидкостью. Нереагирующий газ подается под нарастающим давлением и вытесняет жидкость из пор.

Дифференциальное  давление, требуемое для вытеснения жидкости из пор, соотносится с его диаметром, D, поверхностным натяжением жидкости, γ и контактным углом Θ по следующей формуле: ρ = 4 γ cos θ / D

Вытесненная жидкость проходит сквозь мембрану и  измеряется её объем, пока мембрана препятствует прохождению газа через себя из-за недостаточного давления. Давление газа дает диаметр пор. Объем вытесненной  жидкости дает объем пор. Измерение  скорости потока жидкости без мембраны позволяет вычислить жидкостную проницаемость образца.