краска. Учебник рекомендовано
 Скачать 2.01 Mb.
|
|
4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Керамическими называются материалы и изделия, изготавливаемые путем формования и обжига глинистого сырья. Искусство производства керамических изделий с полным основанием можно отнести к одному из древнейших. Фрески древнего Карфагена, выполненные из природного камня с применением обожженной глины, — наглядное тому свидетельство. Раскопки, проведенные на территории Московского Кремля, принесли великолепные образцы керамических изразцов и других изделий из обожженной глины. Высокие эксплуатационные показатели (долговечность, декоративность, прочность), сравнительная простота технологических приемов изготовления, разнообразие сырьевых материалов, экологичность определяют многоцелевое применение керамических материалов как для внутренней, так и для внешней отделки зданий и сооружений. Общепринятая классификация керамических материалов предопределяет их деление в зависимости от пористой структуры. Согласно этой классификации изделия подразделяются на пористые — с водопоглощепием более 5 % и плотные (спекшиеся) — с водопо- глощением менее 5 %. Керамические строительные материалы и изделия по их назначению в отделке зданий и отдельных элементах подразделяются: на фасадные изделия -^ лицевой кирпич, разного рода плитки; изделия для внутренней отделки — глазурованные и не- глазурованные плитки, фасонные изделия, ковровая и мозаичная керамика; плитки для пола; изделия из фаянса и фарфора декоративного назначения. ЩЦ СЫРЬЕВЫЕ МАТЕРИАЛЫ Основными сырьевыми материалами для производства отделочных керамических материалов являются глинистые, обладающие пластичностью и связующей способностью; отощающие — снижающие усадочные деформации; вещества, плавно обеспечивающие снижение температуры и регулирующие интервал спекания керамического черепка, пигменты и другие специальные добавки. Качество сырьевых материалов определяется минералогическим составом, а также их физическими свойствами, зависящими от месторождения, и условиями залегания. Глина — наиболее распространенный вид осадочных горных пород полиминерального состава. Типы имеющихся в природе минералов определяются главным образом наиболее распространенными химическими элементами и их геохимическими характеристиками. Общеизвестно, что кислород, кремний и алюминий по своей общей массе составляют около 90 % в составе земной коры. Отсюда совершенно очевидно, что подавляющую часть минералов определяют алюмосиликаты, силикаты и кварц. Именно эти минералы и другие окислы и гидроокислы составляют основу встречающихся в природе керамических сырьевых минералов. Сходство и отличие глинистых минералов объясняется их кристаллической структурой, размером и формой глинистых частиц. Так, размеры глинистых частиц колеблются практически от коллоидной дисперсности до 5 мкм. Основным минералом каолиновых глин является минерал каолинит — Al203-2Si02-2H20. При анализе структуры каолинита с помощью электронного микроскопа просматриваются хорошо закристаллизированные частицы в виде гексагональных пластинок (pine. 4.1). Глины представляют собой смесь различных минералов: каолинита (А1203 • 2Si02 • 2Н20), галлуазита (А1203 • 2Si02 ■ 4НгО), монтмориллонита (А12Оэ • 4Si02 • пН20), бейделлита (А1203 • 3Si02 • пН20), а также частиц кварца, полевых шпатов, гидрослюд, гидратов оксида железа, алюмййия, карбонатов магния, кальция и др. Пластичность глинистого сырья, определяемая числом пластичности П (по раскатыванию глиняного жгута диаметром 3 мм), зависит от содержания глинистых минералов и влажности массы. В зависимости От содержания глинистых минералов глины подразделяются: на жирные — более 60 %; обычные — 30... 60%; Рис: 4.1. Агрегат глинистых частиц (увеличено в 1 200 раз] тяжелые суглинки — 20. ..30 %; средние и легкие суглинки—• менее 20 %. По пластичности глинистые материалы подразделяются по числу пластичности: на высокойластичные — менее 25; среднепластичные—15...25; умеренно пластичные—7...15; малопластичные-т-3... 7. Вода, адсорбированная поверхностью глинистых частиц в процессе приготовления сырьевой смеси, играет роль гидродинамической смазки, что обеспечивает во многом ее пластические характеристики. Вместе с тем удаление воды как из самих глинистых частиц, так и с их поверхности в процессе сушки и обжига вызывает Явление воздушной и огневой усадки. Усадочные деформации являются причиной возникновения в изделии внутренних напряжений, что в конечном итоге влияет на их качественные показатели. Для уменьшения усадки, при сушке и обжиге, а также для предотвращения образования трещин в пластичные глины вводят искусственные или природные отощающие добавки. К их числу относятся дегидратированная глина, шамот, котельные шлаки, золы, кварцевые пески и т.д. Введение в состав сырьевой смеси плавней обеспечивает более низкую температуру ее спекания. К плавням относятся полевые шпаты, пегматит, доломит, тальк, магнезит, карбонаты бария и стронция, нефелиновые сиениты (для фаянсовых масс);- Искусственный керамический материал, отформованный из глинистого сырья, получается в результате сложных физических, химических и физико-химических изменений, происходящих при обжиге, т. е. при воздействии высоких температур. ИД ПРИНЦИПЫ ПРОИЗВОДСТВА Эксплуатационные характеристики керамических изделий во многом определяются как составом сырьевых материалов, так и технологическими приемами их изготовления. Поэтому необходимо кратко остановиться на особенностях производства таких изделий. ■ ■ Добыча и подготовка глинистого сырья. Добыче сырья предшег ствуют геологическая разведка, определение химического и минерального состава, физических свойств сырья, полезной толщи месторождения, его однородности и характера залегания, объема вскрышных работ и т.д. После проведения подготовительных работ осуществляются вскрышные работы в целях обнажения полезных для производства материалов. Добыча сырья осуществляется экскаваторами различного вида, одно- и многоковшовыми, роторными и т. д. Транспортировка к складу сырья осуществляется рельсовым и автомобильным транспортом, ленточными транспортерами. В крытых складах или на открытых площадках глинистые материалы выдерживаются до двух лет. За это время разлагаются органические остатки и под действием атмосферных факторов (увлажнения и высушивания, замораживания и оттаивания) и предварительной обработки (рыхления, камнеудаления и т.д.) удается достичь сравнительной однородности массы как по гранулометрическому, так й по минеральному Составу. Дальнейшая подготовка массы осуществляется в зависимости от вида изделий и предполагаемой технологии их изготовления. На этом этапе с помощью камневыделительных машин, вальцов, мельниц различного вида, дозаторов добавок и воды, глиномешалок или диспергаторов удается получить массу, пригодную для фор- мования изделий. Формование изделий. Одной из важнейших операций при изготовлении керамических изделий является формование. Способы изготовления, а соответственно, и применяемое оборудование во многом определяются формовочными свойствами сырьевой смеси, прежде всего пластичностью. Последняя во многом зависит от количества воды, содержащейся в формовочной смеси. В зависимости от влажности формовочной массы способы подразделяются на сухой, полусухой, пластический и литьевой (шликерный). При сухом способе пресс-порошок имеет влажность 2...6%. При такой влажности необходимо использование мощного прессового оборудования. Для этого используют механические или гидравлические прессы, развивающие давление свыше 40 МПа. Указанным способом изготавливают плотные керамические изделия: плитку для полов; некоторые виды кирпича; изделия из фаянса и фарфора. Полусухой способ предусматривает использование рабочих смесей с влажностью 8... 12 %. Этим способом изготавливаются кирпич, фасонные изделия, плитка, Наиболее экономичным и распространенным является способ пластического формования при влажности массы 18...24%. Основной механизм, используемый в этом случае, — ленточный пресс. Шнек-вал пресса с переменным шагом лопастей перемешивает массу, одновременно ее уплотняя к выходному отверстию. Вакуумирование на последней стадии прессования позволяет дополнительно уплотнить массу. Выходное отверстие пресса —- мундштук -г- обеспечивает получение непрерывного глиняного бруса необходимых геометрических размеров. Форма мундштука и его размеры определяют вид выпускаемых изделий: кирпич, камни, плитки, черепица, трубы, фасонные изделия. Установленные перед мундштуком пустотообразователи позволяют формовать дырчатые изделия, со щелевыми пустотами и т.д. После формования глиняный брус разрезается на изделия необходимых размеров. Литьевым способом изготавливают керамические изделия сложной геометрической формы: сантехнические изделия (раковины, унитазы, писсуары и т.д.), некоторые декоративные изделия, плитку для внутренней отделки помещений. Компоненты рабочей смеси тщательно размешивают, дозируют, перемешивают с водой. Влажность массы в этом случае —-от 40 До 60 %. Подготовленная таким образом однородная масса выливается в гипсовые формы. Развитая микропористая структура гипсового камня; обусловливает удаление части воды в пристеночных слоях. В результате в зависи- 7Р мости от времени достигается необходимая толщина уплотненного слоя. Избыток смеси после этого удаляется. После сушки отдельные элементы монтируются. Сушка и обжиг изделий. В зависимости от способа изготовления влажность сырьевых смесей колеблется в очень больших пределах — от 2 до 60 %. Удаление воды из отформованных изделий сопровождается усадочными деформациями и, соответственно, возникновением внутренних напряжений. Последние при жестких режимах сушки могут являться причиной искривления, появления трещин, снижающих качественные показатели изделий. Сушку изделий производят до остаточной влажности 4... 6 % в туннельных или камерных сушилках. Температура теплоносителя — 120... 150 °С. Обжиг керамических изделий является одним из наиболее ответственных технологических этапов, во многом определяющих свойства получаемых материалов. В производстве строительной керамики в основном используют туннельные печи непрерывного действия. Высушенные изделия на обжиговых вагонетках, передвигаясь по туннелям, постепенно нагреваются до температуры спекания в зоне сгорания топлива, а затем медленно охлаждаются встречным потоком воздуха. Переход пластичной глинистой массы в камневидное состояние представляет собой сложный физико-химический процесс. При температуре около 100... 120“С удаляется физически связанная свободная вода. Дальнейшее нагревание глинистой массы общего химического состава — A12Q3' nSiQ2• пН20 ДО 450... 600 °С приводит; к удалению связанной воды. При этом глинистые вещества необратимо теряют пластические свойства. Дальнейшее повышение температуры приводит к разрушению кристаллической решетки алюмосиликатов и распаду их на отдельные окислы А1203 и £>Ю2, но уже в аморфном состоянии, что обусловливает их химическую активность. При повышении температуры до 1000 °С образуется соединение — силлиманит А1203- SiQ2 с игольчатыми кристаллами или тонковолокнистыми агрегатами. Температура 1 200... 1 300 “С определяет образование нового минерала — муллита 3Al2Q3-2Si02. Указанные минералы в основном обеспечивают высокую прочность и стойкость керамического черепка к различным факторам внешней среды. Наличие легкоплавких соединений глины, а также плавней при повышенных температурах обеспечивает получение небольшого количества расплава, который скрепляет отдельные частицы, завершая таким образом формирование керамического черепка. Образование расплава сопровождается сближением частиц за счет сил поверхностного натяжения и уменьшением размеров изделий на 2 ...6 %. Это явление носит название огневой усадки. С учетом воздушной усадки суммарные деформаций керамических изделий в процессе изготовления составляют 5... 15 %. После обжига полученные: изделия медленно охлаждаются, так как при резком охлаждении возможно Образование трещин. Обязательным этапом производства керамических изделий является их сортировка перед отгрузкой потребителю. Целью этого этапа является проверка качественных показателей на их соответствие требованиям государственных стандартов. ШШЛ ВИДЫ ОТДЕЛОЧНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ Керамика в роли отделочного материала применяется издавна и очень широко. Это объясняется как Декоративностью керамики, так и ее стойкостью и Долговечностью. Различают отделочную керамику для наружной и внутренней облицовки, а также для покрытия полов. Для каждой области применения используют керамику со своим строением черепка (плотным или пористым) и соответственно с разными свойствами. Материалы для наружной облицовки. Материалы для наружной облицовки зданий и сооружений включают в себя лицевой кирпич и лицевые камни, крупноразмерные облицовочные плиты, плитки различных размеров и ковры из них, архитектурные детали (терракоту). Кирпич и камни керамические подразделяются на рядовые и лицевые и применяются для Кладки и облицовки несущих и самонесущих стен и других элементов зданий и сооружений. В соотве тствии с ГОСТ 530—2007 в зависимости от размеров они подразделяются на виды, приведенные в табл. 4.1. По согласованию с потребителем могут выпускаться изделия и других размеров. Кирпич и камни лицевые укладываются вместе с кладкой стены и одновременно служат конструктивным несущим элементом и выполняют функции декоративного материала. По виду лицевой поверхности лицевые кирпич и камень бывают с гладкой и рельефной Поверхностью, а также с поверхностью, офактуренной торкретированием, ангобированием, глазурованием, двухслойным формованием, наНеСениеМ полимерного покрытия или иным способом. Лицевые изделия могут быть естественного цвета или объемно- окрашенными. Регулируя состав сырья и режимы обжига, получа-
* Кирпич нормального формата (одинарный). | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||