Асортимент сучасних керамічних матеріалів та виробів

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра товарознавства та комерційної діяльності

Курсова робота

З дисципліни “ Будівельні матеріали”

на тему:

Асортимент сучасних керамічних матеріалів та виробів

Виконала

Студентка будівельно-технологічного

факультету, групи ТКД-41

Базалійська Іоланта

Перевірив професор

Купрієнко Петро Йосипович

Київ 2009

Зміст

Вступ

1. Особливості фізико-хімічних процесів формування структури керамічних матеріалів

2. Головні критерії класифікації керамічних матеріалів

3. Сировина для виробництва керамічних матеріалів

3.1 Пластична сировина

3.2 Непластична сировина (добавки)

4. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)

5. Особливості технології виготовлення керамічних виробів

6. Асортимент керамічних виробів різного призначення

6.1 Стінові вироби

6.2 Вироби для облицювання фасадів

6.3 Плитки для внутрішнього облицювання

6.4 Плитки для підлог

6.5 Вироби спеціального призначення

7. Використання техногенної сировини для виробництва керамічних матеріалів

8. Довговічність кераміки та способи її підвищення

9. Визначення технічних характеристик керамічних матеріалів

Висновок

Література

Вступ

Керамічними називають матеріали й вироби, які одержують формуванням і подальшим випалюванням глинистої та інших видів мінеральної сировини з різними добавками або без них.

Керамічні матеріали - найдавніші з усіх штучних кам'яних матеріалів. Вік керамічної цегли становить понад 5000 років. Залишки будівель та споруд з керамічної цегли знайдені археологами на території Стародавнього Єгипту (ІІІ...І тисячоліття до н.е.). Керамічна цегла була відома також в Індії. У Китаї для покрівель використовували керамічну черепицю, а для оздоблення будівель - глазуровану кераміку, фарфор. У Стародавній Греції перший храм Гери в Олімпії (VI ст. до н.е.) мав дах з черепиці та прикраси з теракоти. З керамічної цегли у Стародавньому Римі будували 3...4-поверхові житлові будинки, а також арки і мости, деякі з них збереглися до нашого часу (на території Іспанії, Франції, Великої Британії) і вражають гармонійністю та красою архітектурних вирішень.

На території України знайдені вироби з кераміки, що датуються 3...2 тис. р. до н.е. (трипільська культура), а також збереглися історичні пам'ятники Київської Русі Х...ХІ ст. (залишки Десятинної церкви, Золотих воріт, Софійський Собор), які були збудовані з використанням керамічної цегли та керамічних плиток для підлоги. В Київській Русі та Візантії основним матеріалом для зведення стін, арок, бань, склепінь (Софійський собор і церква Спаса на Берестові у Києві) була плінфа. Це - плоска випалена великорозмірна цегла, яка мала ширину 30...40 см, товщину 2,5...5 см.

1. Особливості фізико-хімічних процесів формування структури керамічних матеріалів

Утворення штучного каменю відбувається не тільки за рахунок протікання реакцій за участю рідких компонентів (як це має місце при твердненні бетону), але й з використанням реакцій між речовинами у твердій фазі, що відбуваються при випалюванні штучного каменю.

Структура керамічних виробів, яку в загальному випадку можна визначити як взаєморозташування окремих елементів (кристалічна фаза, склофаза, пори) з урахуванням характеру взаємодії та взаємозв'язку між ними, формується на всіх етапах технологічного процесу, але остаточно виявляється і закріплюється при сушінні і випалюванні.

Реакції у твердих фазах часто супроводжуються спіканням - складним фізико-хімічним процесом, який відбувається при високих температурах і полягає у заповненні розплавом пор у керамічній масі, що приводить до підвищення щільності матеріалу без деформації його структури. Процес спікання твердих тіл є основою технології керамічних матеріалів і виробів.

Керамічні матеріали є композиційними, в яких на макрорівні матриця (безперервна фаза) представлена охолодженим розплавом з дрібнокристалічними включеннями новоутворень, а дисперсна фаза - залишками глинистих, піщаних та органічних частинок, що не прореагували, а також порами та пустотами, заповненими повітрям. В свою чергу, на мікрорівні матриця може бути розглянута як мікрокомпозиційний матеріал, який складається з безперервної склоподібної фази, утвореної внаслідок охолодження розплаву, та дисперсної фази - кристалічних новоутворень типу силіманіту, муліту, різних модифікацій кремнезему та інших речовин переважно алюмосилікатного складу.

У загальному випадку структура керамічного черепка складається з кристалічної, склоподібної та газової фаз, наявність та співвідношення між якими визначають фізико-технічні властивості керамічних виробів і галузі їхнього використання.

Наприклад, специфічні властивості багатьох видів технічної кераміки можна забезпечити тільки при відсутності в структурі матеріалу склоподібної фази, в той же час одержання виробів з високою щільністю і мінімальною пористістю досягається за рахунок реалізації процесу спікання з утворенням обмеженої кількості рідкої фази.

Співвідношення між фазами суттєво залежить від режиму випалювання, керуючи яким можна одержувати керамічні вироби зі щільним спіклим або пористим черепком.

У грубокерамічних виробах, випалених в інтервалі температур 950…1050^оС, кількість склофази становить лише 8…10%, а кількість кварцу майже не змінюється порівняно з його вмістом у керамічній масі. З підвищенням температури і тривалості випалювання інтенсифікується процес утворення склофази та збільшується її кількість. У спіклому фарфоровому черепку вона є основною (45…85%), інші фази дисперговані у ній, а кількість залишкового кварцу становить 8…24%. У фаянсовому черепку переважає кристалічна фаза, а склоподібна розподілена у вигляді найтонших плівок між кристалами, зв'язуючи їх між собою.

Наявність склофази знижує термостійкість виробів і підвищує їх крихкість. Кристалічна фаза, яка представлена переважно кварцом (в кількості 22…28%), сприяє підвищенню міцності керамічних виробів. При подальшому збільшенні вмісту кварцу має місце різке зниження їхньої термічної стійкості, що обумовлено різницею температурного коефіцієнта лінійного розширення між кварцом та склоподібною фазою.

При випалюванні виробів з керамічних мас, починаючи з температур вище 600^оС, відбуваються твердофазові реакції за участю рідкої фази, яка зазвичай представлена силікатами заліза, лужних та лужноземельних оксидів.

В результаті спікання утворюються муліт (3Al₂O₃2SiO₂) та тверді розчини алюмосилікатного складу. Одночасно можуть відбуватися поліморфні перетворення кварцу та його різновидів.

Основний мінерал глин - каолініт - втрачає хімічно зв'язану воду в інтервалі температур 500…550^оС. Процеси, що відбуваються при дегідратації каолініту, - складні, супроводжуються утворенням проміжних продуктів і, за даними деяких дослідників, можуть бути представлені такою схемою:

2[Al₂O₃2SiO₂2H₂O] (400...600^оС) (Al₂O₃2SiO₂)

метакаолініт

(Al₂O₃·2SiO₂) (925^оС) 2Al₂O₃3SiO₂

фази типу шпінелі

2Al₂O₃3SiO₂ (1100^оС) 2(Al₂O₃SiO₂) + SiO₂

псевдомуліт

3(Al₂O₃SiO₂) (1100...1400^оС) 3Al₂O₃2SiO₂ + SiO₂

муліт кристобаліт

Стійкою фазою у цьому ряду перетворень слід вважати мулітову. Муліт - кристалічне новоутворення, яке істотно впливає на міцність та термостійкість керамічних виробів.

У гідрослюдистих та монтморилонітових глинах поряд з мулітом при випалюванні в інтервалі температур 850…1200^оС утворюються шпінелі, які при 1300^оС розчинюються у скляному розплаві.

При підвищенні температури до 1200…1240^оС з аморфного кремнезему, що залишився після утворення муліту, кристалізується -кристобаліт (кубічна сингонія діоксиду кремнію). Цей процес супроводжується інтенсивною усадкою матеріалу і появою невеликого екзотермічного ефекту.

Кристобаліт перешкоджає спіканню керамічної маси, розрихлює утворюваний черепок, знижує термічну стійкість і підвищує водопоглинання готових виробів. Негативний вплив кристобаліту можна послабити за рахунок добавок до керамічної маси польових шпатів або нефелінового сієніту, які збільшують кількість склофази, що розчинює кристобаліт.

Газова фаза керамічного черепка заповнює закриті пори, які завжди є в матеріалі. Причинами її утворення є: повітря, газоподібні продукти, які утворилися під час дегідратації, декарбонізації, розкладу сульфатів та інших мінералів, відновлення оксидів заліза, окиснення органічних залишків у сировині. Вміст відкритих і закритих пор залежить від ступеня ущільнення матеріалу при випалюванні. Пористість матеріалу при його щільності до 85% залишається майже повністю відкритою, а при підвищенні щільності до 95% стає переважно закритою.

Наявність пор істотно погіршує механічну міцність виробів. Наприклад, збільшення пористості фарфорових виробів на 1% при певних умовах знижує міцність на 4%.

На етапі визначення складу сировини важливим є правильний вибір сировинних компонентів та їхнього співвідношення. Найголовнішим критерієм оцінки придатності глинистої сировини за хімічним складом є відношення Al₂O₃/SiO₂ і вміст плавнів. Наприклад, користуючись діаграмою А.І. Августиника (рис. 3.1), можна визначити придатність глинистої сировини для виготовлення тих чи інших керамічних виробів.

При виробництві стінових виробів, які повинні мати пористий черепок, застосовують в основному легкоплавку глинисту сировину і випалювання виконують при температурі 900…1100^оС. Для отримання виробів із нормованим обмеженим водопоглинанням, а отже, з більшою щільністю (облицювальні плитки, клінкерна цегла, санітарно-технічні вироби) використовують тугоплавкі глини і підвищують температуру випалювання до 1300…1400^оС. Для одержання вогнетривких виробів використовують спеціальну сировину (вогнетривку глину, магнезит, кварцити та ін.) і випалювання виконують при температурі 1300…1800^оС.

При отриманні фарфорових виробів як сировину використовують каолініти з відповідними коригуючими добавками. Регулювання складу керамічних мас, в тому числі відношення між кристалічною та склоподібною фазами, дозволяє змінювати їхні декоративні властивості. Просвічуваність черепка зростає зі збільшенням кількості склоподібної фази та зі зменшенням вмісту муліту, причому бажано щоб його кристали були якомога більшими.

Рис. 3.1. Діаграма визначення придатності глинистої сировини для виробництва:

1 - тонкої кераміки та вогнетривких виробів; 2 - каналізаційних труб, плиток для підлог, кислототривких виробів; 3 - теракотових виробів;4 - черепиці; 5 - клінкерної цегли; 6 - цегли і каменів

Таким чином, змінюючи склад керамічних мас і технологічні параметри виробництва, можна впливати на формування потрібної структури черепка, а отже, і регулювати властивостями готових виробів.

2. Головні критерії класифікації керамічних матеріалів

Керамічні матеріали і вироби класифікують за різними ознаками. Головними критеріями класифікації є характер будови черепка (матеріалу, з якого складається керамічний матеріал після випалювання), призначення, спосіб формування, характер поверхні.

За призначенням керамічні матеріали та вироби поділяють на такі види:

стінові (цегла, порожнисті камені);

покрівельні (черепиця);

елементи перекриттів;

вироби для облицювання фасадів (лицьові цегла і камені, плитки фасадні;

килимово-мозаїчні плитки;

архітектурно-художні деталі);

вироби для внутрішнього облицювання (глазуровані плитки і фасонні деталі до них - карнизи, кутники, пояски);

заповнювачі для бетонів (керамзит і його різновиди, аглопорит);

теплоізоляційні вироби (діатомітові, трепельні, перлітобентонітові вироби, ніздрювата кераміка);

вироби для підлог і дорожніх покриттів (плитки для підлог, дорожня (клінкерна) цегла);

санітарно-технічні вироби (умивальники, унітази, ванни, труби);

кислототривкі вироби;

вогнетривкі вироби.

За видом поверхні керамічні матеріали та вироби поділяють на:

глазуровані і неглазуровані;

однокольорові, багатокольорові і з малюнком;

з гладенькою поверхнею та рельєфні.

За структурою черепка керамічні матеріали і вироби поділяють на дві групи: пористі й щільні.

До пористих умовно відносять матеріали і вироби з водопоглинанням більше 5% за масою. Це - стінові вироби, черепиця, облицювальні плитки для стін, заповнювачі для легких бетонів, теплоізоляційні вироби, фаянсові санітарно-технічні вироби тощо. В середньому вони мають водопоглинання за масою 8…20%, або 14…36% за об'ємом. На зломі вони мають землистий вигляд, шорстку поверхню, непрозорі, при ударі видають глухий звук.

До щільних матеріалів відносять ті, що мають водопоглинання за масою менше 5%, або 4…8% за об'ємом. Це - плитки для підлог, клінкерна цегла, фарфорові санітарно-технічні вироби. Вони мають блискучий злом, гладеньку поверхню, при ударі видають чистий дзвінкий звук.

За будовою черепка, що характеризує його текстуру, розрізняють грубу (неоднорідну крупнозернисту) та тонку (однорідну дрібнозернисту) кераміку. Більшість будівельних керамічних матеріалів (цегла, камені, черепиця, дренажні труби) відносять до грубої пористої кераміки з водопоглинанням 5...15%. Дорожню та кислототривку цеглу, каналізаційні труби можна віднести до грубої щільної кераміки з водопоглинанням не вище 10%. За тонку пористу кераміку вважають вироби із фаянсу і майоліки, за тонку щільну - вироби з фарфору і деякі вогнетривкі, кислототривкі і електроізоляційні керамічні матеріали. Треба зауважити, що такий поділ є умовним, оскільки він визначається, головним чином, особливостями технологічної переробки сировини в процесі виготовлення виробів різного призначення.

За способом формування керамічні матеріали поділяють на матеріали, одержані пластичним формуванням, напівсухим пресуванням або шлікерним способом.

3. Сировина для виробництва керамічних матеріалів

керамічний декорування облицювання плитка

Сировину для виробництва будівельної кераміки поділяють на пластичну і непластичну.

До пластичної сировини відносять глинисті породи, які забезпечують одержання зв'язної, зручної до формування маси і міцного водостійкого черепка після випалювання.

Непластична сировина - це добавки, які покращують технологічні властивості формувальної суміші (полегшують сушіння, зменшують усадку, знижують температуру випалювання) і надають готовим виробам потрібних властивостей (пористості, теплопровідності, кольору тощо).

3.1 Пластична сировина

Основним пластичним сировинним компонентом будівельної кераміки є глини -полімінеральні осадові гірські породи, що утворилися внаслідок вивітрювання вивержених польовошпатових гірських порід і є природними водними алюмосилікатами, здатними при замішуванні з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалювання переходить у каменеподібний стан.

Глинисту сировину для виробництва керамічних будівельних матеріалів залежно від фізико-хімічних і технологічних властивостей поділяють на окремі групи (див. у дод. 5).

Серед фізико-хімічних властивостей визначальними є мінералогічний, хімічний та гранулометричний склад.

Мінералогічний склад осадових гірських порід визначається переважно умовами їхнього формування. Глинисті мінерали зустрічаються в природі з найрізноманітнішим співвідношенням трьох складових компонентів і відповідають у загальному випадку за хімічним складом формулі Al₂O₃(0,3-8)SiO₂(0,5-19)H₂O. Основними мінералами глин є каолініт (Al₂O₃2SiO₂2H₂O), монтморилоніт (Al₂O₃4SiO₂nH₂O), а також гідрослюда. Залежно від переважаючої кількості (більше 50%) одного з цих мінералів виділяють каолінітові, гідрослюдисті та монтморилонітові групи сировини. До змішаних груп відносять гідрослюдисто-каолінітові, монтморилоніто-каолінітові, монтморилоніто-гідрослюдисті, в яких переважають два з названих мінералів. Сировина, що містить три і більше глинистих мінералів, називається полімінеральною.

Глинисті мінерали надають сировині пластичності при зволоженні, міцності при висиханні і здатності до спікання при випалюванні.

Крім глинистих мінералів, сировина містить також інші мінерали, що впливають на її технологічні властивості і на якість готової продукції. Це можуть бути: кварц (SiO₂); польові шпати; карбонати - кальцит (СаСО₃), доломіт (CaCO₃MgCO₃); залізисті мінерали - лимоніт (Fe₂O₃nH₂O), пірит (FeS₂), сидерит (FeCO₃) тощо.

У хімічному складі глинистої сировини переважають оксиди: Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃, CaO, MgO, Na₂O, K₂O.

Найбільший вплив на глинисту сировину має глинозем (Al₂O₃), зі збільшенням його кількості підвищуються пластичність та вогнетривкість. Кремнезем (SiO₂) знаходиться у сировині у зв'язаному (у складі глинистих мінералів) та у вільному стані. Підвищений вміст вільного кремнезему свідчить про наявність відносно великої кількості піску в глинистій сировині, обумовлює її знижену пластичність, підвищену пористість черепка та меншу механічну міцність. Така сировина мало або взагалі непридатна для виготовлення виробів складної конфігурації.

Оксиди заліза (Fe₂O₃, FeO, Fe₃O₄) є сильними плавнями, знижують температурний інтервал спікання, надають виробам певного кольору (від світло-кремового до вишнево-червоного) залежно від виду оксиду і середовища у печі (окиснювального чи відновлювального) на кінцевій стадії випалювання.

Оксид кальцію СаО, що входить до глинистої сировини у складі карбонатів і сульфатів в тонкодисперсному стані, зменшує її зв'язуючу здатність, знижує температуру плавлення і скорочує інтервал спікання, підвищує пористість виробів та освітлює їх. Крупні включення карбонатів є причиною появи “дутиків” та тріщин в керамічних виробах при зволоженні їх, оскільки відбувається гідратація СаО, утвореного при випалюванні, і це супроводжується збільшенням об'єму новоутворень.

Оксид магнію MgO діє як плавень аналогічно СаО, але на інтервал спікання сировини впливає менше.

Оксиди лужних металів (Na₂O, K₂O) є сильними плавнями, сприяють підвищенню усадочних деформацій, зниженню температури утворення розплаву, ущільненню і зміцненню черепка керамічних виробів.

Водорозчинні солі у вигляді сульфатів і хлоридів натрію, кальцію, магнію, заліза є небажаними в глинистій сировині, оскільки вони погіршують зовнішній вигляд керамічних виробів через утворення вицвітів (білих нальотів) на поверхні і сприяють руйнуванню поверхневого шару.

Органічні домішки у вигляді залишків рослин і гумусових речовин знижують вогнетривкість, підвищують повітряну усадку сировини, надають випаленим виробам темного забарвлення. При випалюванні вони вигоряють, підвищуючи пористість виробів, а також створюють відновлювальне середовище в середині черепка. Тому вони є шкідливими при виготовленні біловипалюваних виробів, виробів зі щільним черепком і корисні при виготовленні стінової кераміки та пористих заповнювачів.

Гранулометричний склад глин тісно пов'язаний з мінералогічним та хімічним складом і суттєво впливає на їхні технологічні властивості - пластичність, зв'язуючу здатність, повітряну і вогневу усадку, спікливість, вогнетривкість (див. у дод. 5). Найдрібніші мінеральні частинки глин розмірами до 5 мкм називають глинистою фракцією, частинки від 5 до 50 мкм - пиловидною, від 50 мкм до 2 мм - піщаною.

Технологічні властивості. Від кількості і розміру глинистих та інших частинок залежить основна властивість глини - пластичність - здатність у вологому стані під дією зовнішніх сил набирати будь-якої форми без утворення тріщин і розривів і зберігати її після припинення дії цих сил. Технічним показником пластичності є число пластичності П_л:

П_л = W_т - W_р,

де W_т і W_р - вологості, які відповідають межі текучості і розкочування глиняного джгута, %.

За числом пластичності глинисту сировину поділяють на такі групи: високопластичні (П_л>25%), середньопластичні (П_л=15…25%), помірнопластичні (П_л=7…15%), малопластичні (П_л=3…7%), непластичні - ті, що не дають пластичного тіста (див. у дод. 6). Для виготовлення будівельних керамічних виробів застосовують переважно помірнопластичні глини. Малопластичні глини погано формуються, а високопластичні розтріскуються під час сушіння і потребують спіснювання.

Високопластичні глини містять 80…90% глинистих частинок, тоді як помірнопластичні - тільки 30…60%. Крупніші частинки пилу, зерна слюди і піску знижують пластичність глин.

Пластичність глин пояснюється тим, що при зволоженні на поверхні глинистих частинок з'являються найтонкіші шари адсорбованої води, які, з одного боку, забезпечують можливість сковзання частинок між собою, а з другого - зв'язують їх силами поверхневого натягу, забезпечуючи збереження форми виробів після формування. Превалювання того чи іншого ефекту залежить від кількості адсорбованої глиною води.

Пластичність глинистої сировини регулюють використанням добавок (спіснювальних чи пластифікуючих), тривалим вилежуванням і виморожуванням, відмулюванням, обробкою парою, механічною обробкою на глинопереробних машинах (бігунах, вальцях тощо).

Зв'язуюча здатність - властивість глини зв'язувати частинки непластичних матеріалів (піску, шамоту) і створювати після висушування досить міцний виріб - сирець. Її оцінюють за величиною міцності відформованих і висушених до сталої маси зразків. За цим показником глинисту сировину поділяють на 5 груп (див. у дод. 6). Зв'язуюча здатність має суттєве значення при укладанні виробів на пічні вагонетки і транспортуванні у випалювальні печі.

Повітряна усадка - зменшення лінійних розмірів та об'єму відформованих виробів у процесі сушіння. Вона обумовлена зменшенням товщини водних оболонок на поверхні частинок глини під дією сил капілярного тиску, а також сил осмотичного тиску і міжмолекулярного притягування при висушуванні. Для різних глин лінійна повітряна усадка коливається у межах 2…12%, збільшуючись з підвищенням вмісту тонкодисперсних фракцій. Повітряна усадка істотно впливає на тріщиностійкість виробів при сушінні. Для зменшення повітряної усадки до складу керамічної маси додають спіснювальні добавки, добавки поверхнево-активних речовин (ПАР), вакуумують глину, зрошують поверхню виробів при формуванні вологоутримувальними композиціями (наприклад, бітумною емульсією).

Вогнева усадка - це зменшення лінійних розмірів та об'єму виробів після випалювання (попередньо відформованих і висушених до повітряно-сухого стану). Вона обумовлена тим, що легкоплавкі складові глин розплавляються, і частинки глин в місцях їхнього контакту зближуються. Залежно від складу глин вогнева усадка становить 2…8%.

Повна усадка дорівнює сумі повітряної й вогневої усадки і коливається в межах 5…18%. Величину повної усадки необхідно враховувати при формуванні керамічних виробів, відповідно збільшуючи розміри форм, щоб одержувати готові вироби необхідних розмірів.

Чутливість до сушіння - здатність глинистої сировини утворювати при сушінні суцільне, без тріщин, тверде тіло. Її оцінюють за допомогою коефіцієнта чутливості до сушіння, який визначається тривалістю часу опромінювання (у секундах) постійним тепловим потоком свіжовідформованого зразка з глинистої сировини до появи на ньому тріщин (посічки). Залежно від цього існують групи глинистої сировини: високочутливі, середньочутливі, помірночутливі та малочутливі.

Спікливість - здатність глинистої сировини утворювати при випалюванні щільний каменеподібний водостійкий черепок. Залежно від ступеня спікливості глинисту сировину поділяють на групи: сильноспікливі, здатні при випалюванні утворювати черепок без ознак перепалу з водопоглинанням до 2%; середньоспікливі з водопоглинанням черепка від 2 до 5%; неспікливі, які дають черепок з водопоглинанням більше 5% за масою.

За температурою спікливості розрізняють глинисту сировину низькотемпературної (до 1100^оС), середньотемпературної (від 1100 до 1300^оС) та високотемпературної (вище 1300^оС) спікливості.

Температурний інтервал спікання - важливий технологічний показник глинистої сировини. Він визначає режим кінцевої стадії випалювання виробів, при якому вони набувають кондиційних властивостей. Його визначають як різницю між температурою, при якій починаються ознаки перепалу (оплавлення або спучування), і температурою початку спікання, при якій починається інтенсивне ущільнення виробу, який випалюється. Найменший інтервал спікання мають легкоплавкі глини (50…100^оС), а найбільший - вогнетривкі (до 400^оС).

Вогнетривкість - властивість глинистої сировини протистояти, не розплавляючись, впливу високих температур. Групи глинистої сировини за цим показником: легкоплавкі (вогнетривкість менше 1350^оС), тугоплавкі (вогнетривкість від 1350 до 1580^оС включно) та вогнетривкі (вогнетривкість більше 1580^оС).

У деяких випадках (наприклад, при виготовленні штучних пористих заповнювачів) важливою характеристикою глинистої сировини є спучуваність - здатність до істотного збільшення об'єму при випалюванні з утворенням черепка з великою пористістю.

При виробництві керамічної цегли і порожнистих каменів іноді як основну сировину використовують діатоміти і трепели - осадові органогенні породи, багаті на аморфний кремнезем (див. у 2.3.2). Хімічний склад діатомітів і трепелів, %: SiO₂ - 70…96; Al₂O₃ - 5…15; Fe₂O₃ - 2…5; CaO - 0,5…5; MgO - 0,5…3; втрати при прожарюванні (ВПП) - 4…8. За гранулометричним складом вони схожі з глинами, мають високу пластичність. Сирець з цієї сировини не тріскається при швидкому сушінні і не деформується, має невелику усадку при випалюванні, але готові вироби недостатньо морозостійкі. Для підвищення морозостійкості у формувальну суміш додають вугілля або тирсу, підвищують температуру випалювання, піддають масу вакуумуванню для видалення з неї повітря.

3.2 Непластична сировина (добавки)

Спіснювальні добавки вводять у керамічну масу, щоб знизити пластичність і зменшити повітряну та вогневу усадки за рахунок меншої водопотреби формувальної суміші. Для цього використовують шамот, дегідратовану глину, кварцовий пісок, гранульований шлак, золу ТЕС. Шамот - це зернистий порошок із зернами 0,16…2,5 мм, який отримують подрібненням попередньо випаленої до спікання глини. Шамот поліпшує сушильні й випалювальні властивості глин.

Дегідратовану глину одержують випалюванням її при температурі 700…750^оС з наступним подрібнюванням. Шамот та дегідратовану глину додають у глиняну масу в кількості 30…50%. Кварцовий пісок із зернами 0,63…2,5 мм додають у кількості 10…25%. Гранульований доменний шлак із зернами до 2 мм - ефективний спіснювач глини в процесі виробництва цегли. Золи ТЕС виконують роль спіснювача та, частково, вигоряючої добавки.

Плавні знижують температуру випалювання й спікання глини, підвищують щільність виробів. Як плавні використовують польові шпати, залізну руду, доломіт тощо. Вони здатні при випалюванні утворювати з SiO₂ та Al₂O₃ більш легкоплавкі силікатні розплави.

Пороутворювальні добавки вводять у сировинну масу для одержання легких керамічних виробів з підвищеною пористістю. Такими добавками є магнезит, крейда, доломіт, які під час випалювання виділяють СО₂, а також вигоряючі добавки - тирса, відходи вуглезбагачувальних фабрик, золи ТЕС, лігнін, подрібнене буре вугілля.

Пластифікуючі добавки сприяють підвищенню пластичності маси й поліпшенню її здатності до формування при отриманні виробів. До них належать високопластичні глини, бентоніти, а також поверхнево-активні речовини типу лігносульфонату технічного (ЛСТ).

4. Матеріали для декорування (глазур, ангоби, керамічні фарби)

Декорування виробів може бути здійснено різними методами, в тому числі за рахунок підбору складу керамічних мас, що забезпечує отримання черепка потрібного кольору та структури; покриттям готових виробів ангобами, глазурами, емалями, керамічними фарбами; декоративною обробкою при випалюванні; рельєфною та фактурною обробкою; металізацією.

Щоб поліпшити декоративний вигляд і стійкість до зовнішніх впливів, керамічні вироби покривають глазурами (поливою) чи ангобом.

Глазур (полива) - це склоподібне покриття, завтовшки 0,1…0,2 мм, яке наносять на поверхню керамічного виробу і закріплюють випалюванням. Крім підвищення декоративних властивостей, глазур знижує водопроникність, підвищує міцність та атмосферостійкість керамічних виробів. Основні компоненти глазурі: кварц, польовий шпат, каолін, солі лужних і лужноземельних металів. До їх складу можуть входити також пегматит, крейда, доломіт, перліт, бура, борна кислота, оксиди свинцю, цинку тощо. Склади глазурі можуть бути різноманітними, але в усіх випадках вони містять не менше 85…90% кремнезему та оксиду алюмінію.

Глазурі бувають прозорі і глухі (емалі), безбарвні і забарвлені, глянсові і матові, тугоплавкі і легкоплавкі.

При одноразовому випалюванні виробів склад глазурі розраховують таким чином, щоб температура її плавлення була близькою до температури спікання черепка і щоб вона мала однаковий з ним коефіцієнт термічного розширення (для запобігання утворенню цека - тонких тріщин на поверхні готових виробів).

За способом приготування глазурі поділяють на сирі (нефритовані) та сплавлені (фритовані). Нефритовані глазурі використовують для декорування виробів із напівфарфорових та фарфорових мас, а фритовані - для виробів із фаянсових мас.

Глазурі наносять методами занурення, поливання або пульверизацією на попередньо випалені або добре висушені вироби у вигляді тонкодисперсної водної суспензії. Вироби вбирають вологу, а тверда речовина поливи відкладається на поверхні щільним шаром, який при випалюванні розплавляється на ній у вигляді тонкої склоподібної плівки. Випалювання виконують за тим самим режимом, що й неглазурованих виробів, при підтриманні нейтрального або слабкоокиснювального газового середовища.

Ангоб виготовляють з білої або кольорової глини і наносять на поверхню невипаленого керамічного виробу (сирцю) тонким шаром (завтовшки 0,2…0,3 мм) у вигляді водної суспензії. На відміну від поливи, ангоб при випалюванні не розплавляється і надає виробу матової поверхні. Ангобування застосовують у виробництві лицьової цегли, при цьому ангоб наносять на довжикову і поперечикову поверхні глиняного бруса, що виходить зі стрічкового преса, методом розпилювання за допомогою форсунок, розташованих у пульверизаційній камері між мундштуком преса і різальним апаратом.

Керамічні фарби - це забарвлені мінеральні сполуки металів із керамічними масами і глазурами, утворені у процесі випалювання. Барвниками в них є природні або штучні пігменти різного кольору (наприклад, графіт - сірий, оксид заліза - коричневий, оксид хрому - зелений, оксид кобальту - синій, антимонат свинцю - жовтий тощо).

Керамічні фарби бувають надглазурні і підглазурні; надглазурні - це суміш пігментів з флюсами (легкоплавкими стеклами), а підглазурні - суміш пігментів з глазур'ю. Колір та інтенсивність забарвлення виробів залежать від температури випалювання, кількості і виду пігменту. Випалюють надглазурні фарби при 550…860^оС, а підглазурні - до 1450^оС.

5. Особливості технології виготовлення керамічних виробів

Незважаючи на широкий асортимент керамічних виробів, різноманітність їхніх форм, фізико-механічних властивостей та видів сировинних матеріалів, основні етапи виготовлення таких виробів спільні: добування сировинних матеріалів, підготовка керамічної маси (шихти), формування виробів (сирцю), сушіння, випалювання, обробка та пакування.

Сировину видобувають на кар'єрах відкритим способом - екскаваторами. Від кар'єру до заводу сировину перевозять автосамоскидами, вагонетками чи конвеєрами. Заводи керамічних виробів будують поблизу місця видобутку сировини, причому кар'єр є складовою частиною заводу.

Зазвичай глина з кар'єру непридатна для формування виробів. Тому попередньо необхідно приготувати керамічну (робочу) масу. Метою цього процесу є руйнування природної структури сировини, видалення шкідливих домішок, забезпечення рівномірного змішування всіх компонентів до одержання однорідної маси, придатної для формування.

Обробка глинистої сировини може бути природною (використання атмосферних процесів - зволоження і висихання, заморожування і відтавання, вивітрювання), механічною (рихлення, подрібнення з видаленням каміння, дозування з добавками, тонке подрібнення) та комбінованою, з фізико-хімічною обробкою (парозволоженням, вакуумуванням), введенням спеціальних добавок (пластифікуючих, спіснювальних, вигоряючих) та вилежуванням обробленої маси у шихтозапасниках чи механізованих силосах.

Природний спосіб обробки сировини вимагає багато часу, великих площ і не забезпечує повного видалення кам'янистих включень. Механічний спосіб є більш ефективним. Для одержання легкоукладальної гомогенної маси він передбачає використання різного технологічного обладнання залежно від властивостей сировини і виду виробів: для грубого помелу глинистої сировини - дезінтеграторні вальці, для видалення каміння - гвинтові вальці, для подрібнення - дробарки валкові, зубчасті, дискозубчасті, глинорізки (стругачі); для підготовки добавок - дробарки щокові, молоткові, комбіновані; для тонкого подрібнення глинистої сировини - бігуни сухого чи мокрого помелу; для помелу сухої глини, шамоту, дегідратованої глини - кульові млини; для просіювання подрібнених матеріалів - сито-бурат, інерційні грохоти тощо.

Переробку сировинної маси та формування виробів залежно від властивостей вихідної сировини й виду виробів, що виготовляються, виконують пластичним, напівсухим або шлікерним (мокрим) способами.

Пластичне формування застосовують тоді, коли глиниста сировина волога, пухка, добре розмокає у воді, утворюючи однорідну масу. Для цього використовують легкоплавкі середньо- та помірнопластичні глини, що містять 40…50% піску.

Основною умовою застосування пластичного способу є використання в'язких мас, в яких сили внутрішнього зчеплення (когезія) переважають над силами зчеплення з поверхнею формувального обладнання (адгезія).

Найчастіше методом пластичного формування виготовляють керамічну цеглу і камені, черепицю, труби і деякі види керамічних плиток.

Застосовуючи пластичний спосіб формування виробів (рис. 3.2), глину подрібнюють на вальцях грубого і тонкого помелу. Для ефективнішого подрібнення її ще піддають переробці в бігунах. Після подрібнення глину подають у глинозмішувач, де вона перемішується з добавками до однорідної пластичної маси й зволожується до вологості 20...25%. Такий спосіб передбачає формування виробів на стрічкових пресах, які можуть бути вакуумними (рис. 3.3) і безвакуумними.

За допомогою вакуумування з керамічної маси видаляється повітря, що призводить до збільшення щільності (на 6…8%) і міцності (у 1,5 рази) сирцю; міцність випалених виробів збільшується на 30…40%, середня густина - на 3…4%, а водопоглинання зменшується на 10…15%. Доцільно вакуумування проводити з парозволоженням маси для запобігання утворенню тріщин при сушінні відформованих виробів.

У стрічковому пресі (рис. 3.3) керамічна маса продавлюється гвинтовим конвеєром (8) крізь решітку (7) у вакуумну камеру (6), де розбивається ножем (5), і за допомогою гвинтового вала (1) подається у конусну головку (2) преса, де остаточно ущільнюється і продавлюється крізь формувальну частину преса - мундштук (3). При формуванні звичайної цегли мундштук має прямокутний переріз, а при виготовленні порожнистих виробів мундштук обладнують кернами, які надають порожнинам певного профілю (круглого, прямокутного, квадратного). Для формування черепиці використовують фасонні вставки у вигляді вузької щілини, а для керамічних труб - кільцеві.

З мундштука преса виходить під тиском 1,0…1,5 МПа безперервна керамічна маса певного профілю, яку розрізують автоматичним пристроєм на сирцеві вироби потрібного розміру (з урахуванням наступної усадки при сушінні і випалюванні).

Рис. 3.2. Технологічна схема виготовлення керамічної цегли пластичним способом

Рис. 3.3. Стрічковий вакуумний прес:

1 - шнековий вал; 2 - конусна головка; 3 - мундштук; 4 - глиняний брус; 5 - ніж; 6 - вакуумна камера; 7 - решітка; 8 - глинозмішувач

Сучасним різновидом пластичного способу є жорстке формування, яке дає змогу зменшити формувальну вологість керамічної маси до 13…18%. При цьому використовують глинозмішувачі й стрічкові преси більшої потужності, а також безшнекові роторні преси, які дозволяють формувати вироби при тиску 8…10 МПа і одержувати сирець підвищеної міцності (до 0,2…0,4 МПа), що забезпечує можливість укладання виробів відразу на вагонетки для сушіння і випалювання, які здійснюються в одному агрегаті.

Напівсухий спосіб передбачає пресування виробів з сипких порошкоподібних мас (прес-порошку) вологістю 8…12% під великим тиском (15…40 МПа). Різновидом його є сухий спосіб, що передбачає пресування керамічних порошків вологістю 2…8%.

За напівсухим способом виробництва (рис. 3.4) глину спочатку подрібнюють і підсушують до вологості 6…8%, потім подрібнюють у дезінтеграторах, просіюють, зволожують порошок парою до потрібної вологості і ретельно перемішують у глинозмішувачі.

Рис. 3.4. Технологічна схема виробництва цегли методом напівсухого пресування:

1 - ящиковий подавач; 2 - стрічкові конвеєри; 3 - дезінтеграторні вальці; 4 - циклон; 5 - сушильний барабан; 6 - бункер; 7 - тарілчастий живильник; 8 - дезінтегратор; 9 - елеватори; 10 - грохот; 11 - глинозмішувач із парозволожувачем; 12 - живильник; 13 - прес

Напівсухе пресування широко застосовується при виготовленні плоских тонкостінних виробів (плиток), а також для виробництва керамічної цегли і порожнистих каменів.

Цей спосіб має ряд переваг порівняно з пластичним формуванням, а саме: відкривається можливість використання малопластичних глин, більшої кількості спіснювальних добавок (золи, шлаку, відходів вуглезбагачення); відформовані вироби мають більш точні розміри і правильну геометричну форму; виключається з технологічного циклу складний та тривалий процес сушіння перед випалюванням, скорочується тривалість всього технологічного циклу майже вдвічі, зменшується потреба у виробничих площах і кількості працівників.

Пресування виробів відбувається в індивідуальних пресформах на пресах різних конструкцій: колінно-важільних, ротаційних і гідравлічних; воно може бути одно- чи двостороннім. Оптимальна величина пресового тиску залежить від виду сировини. Наприклад, для глин тиск становить 20…30 МПа, діатомітів - 15…25 МПа, аргілітів і відходів вуглезбагачення - 25…40 МПа.

До недоліків напівсухого пресування треба віднести необхідність використання більш складного пресового обладнання, підвищеної температури випалювання виробів та висококваліфікованого обслуговування. Крім того, цегла напівсухого пресування має меншу морозостійкість.

Шлікерний (мокрий) спосіб полягає в тому, що вихідні матеріали подрібнюють разом з водою в кульовому млині при вологості 45…60% до одержання однорідної маси - шлікера. Залежно від способу формування виробів шлікер використовують як безпосередньо для виробів, що отримують методом лиття, так і після його сушіння до порошкоподібного стану в розпорошувальних сушарках - для виготовлення виробів напівсухим пресуванням. Методом лиття виготовляють вироби складної конфігурації та тонкостінні, наприклад, санітарно-технічні, мозаїчні плитки; напівсухим пресуванням з порошку - облицювальні плитки та плитки для підлоги.

Проміжною операцією технологічного процесу виробництва керамічних виробів є сушіння. Воно необхідне для надання сирцю механічної міцності й підготовки його до випалювання. Це досить відповідальний етап технології, оскільки саме тут виникають тріщини, які остаточно виявляються при наступному випалюванні. Сирець, відформований пластичним способом, висушують до вологості 6…10%, а в разі використання напівсухого пресування залишкова вологість після сушіння залежить від виду виробу: для цегли - 4…6%, для плитки - до 1%. Сушіння сирцю напівсухого пресування може відбуватися одночасно з процесом випалювання у печі. Найскладнішим і найтривалішим є процес сушіння сирцю складної конфігурації, одержаного з шлікерної маси литтям у гіпсові форми (санітарно-технічні вироби).

Сушіння - це складний теплофізичний процес, пов'язаний з тепло- і масообміном між вологим сирцем і зовнішнім середовищем. У процесі сушіння відбувається переміщення вологи з середини до поверхні сирцю (внутрішня дифузія) і випаровування вологи з поверхні сирцю у зовнішнє середовище (зовнішня дифузія).

Внутрішня дифузія проходить значно повільніше, ніж зовнішня і в основному залежить від вологопровідності матеріалу, яка, в свою чергу, визначається пористістю і градієнтами вологості, температури та тиску на поверхні і в центрі сирцю. Зовнішня дифузія залежить від температури, вологості і швидкості переміщення теплоносія.

Невідповідність між внутрішньою і зовнішньою дифузією обумовлює перепад вологовмісту у виробах і відповідний перепад усадочних деформацій: поверхневі шари висушуються швидше і мають більшу усадку, ніж внутрішні. Це призводить до виникнення в процесі сушіння розтягувальних напружень у поверхневих шарах та стискувальних - у внутрішніх і у випадку перевищення границі міцності матеріалу - до утворення тріщин у поверхневих шарах.

Отже, регулювання процесів внутрішньої та зовнішньої дифузії дає змогу досягти основної задачі сушіння - забезпечити одержання виробів без тріщин і деформацій за короткий час з найменшими витратами палива і енергії.

Процеси внутрішньої дифузії регулюються введенням у керамічну масу спіснювальних та вигоряючих добавок, електролітів, умовами формування, прогріванням і вакуумуванням маси, а процеси зовнішньої дифузії - режимом сушіння, який характеризується трьома основними параметрами: температурою, відносною вологістю теплоносія та швидкістю його руху в сушарках.

Сушіння відформованих виробів може бути природним (на відкритому повітрі) та штучним (у спеціальних пристроях-сушарках). Процес природного сушіння використовується рідко, оскільки має ряд недоліків, в тому числі є досить тривалим (до 20-ти діб), суттєво залежить від кліматичних умов, потребує значних сушильних площ і робочої сили для обслуговування сушарок, важко піддається регулюванню, має обмежені можливості щодо механізації виробничих операцій.

Штучне сушіння відбувається в сушарках періодичної або безперервної дії.

До сушарок періодичної дії відносять камерні сушарки (рис. 3.5). За конструкцією - це камери завдовжки 10…18 м, завширшки 0,9…1,45 м, заввишки 2,1…3,0 м; зазвичай їх групують у блоки від 20 до 48 шт. Внутрішні стіни камери мають виступи (6), на які укладають сушильні рамки (7) з відформованими виробами (8).

Теплоносій надходить у камеру крізь нижні підвідні канали (1), а після охолодження й насичення парою опускається і відводиться крізь відвідний канал (3). Подача та відбір теплоносія відбувається за допомогою вентиляторів, які забезпечують інтенсивну циркуляцію теплоносія в середині камер.

Камерні сушарки працюють періодично - циклами: завантаження, сушіння, розвантаження.

Режим сушіння у камерних сушарках характеризується такими параметрами: температура теплоносія в центральному каналі 130…170^оС, відпрацьованого теплоносія - 40…50^оС, тривалість сушіння 30…72 год. Як теплоносій використовують гаряче повітря із зони охолодження печей або калориферів.

Рис. 3.5. Схема камерної сушарки:

Камерні сушарки використовують для сушіння керамічної цегли, санітарно-технічних виробів, каналізаційних труб.

Недоліки камерних сушарок: нерівномірне сушіння виробів через різницю температури теплоносія і його вологості по поперечному перерізу камери, невелика швидкість теплоносія, періодичність роботи, втрати часу (до 10%) на завантаження і вивантаження виробів. Однак в камерних сушарках можливе сушіння відформованих виробів за індивідуальним режимом.

До сушарок неперервної дії відносять тунельні, які працюють за принципом протитечії: назустріч сирцю рухається теплоносій, що надходить у тунель з розвантажувального кінця печі.

Тунельна сушарка - це камера завдовжки 24…26 м, заввишки 1,4…1,8 м, завширшки 1,0…3,6 м (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Схема тунельної сушарки:

1 - рейкова колія; 2 - канал для підведення теплоносія; 3 - вагонетки з сирцем; 4 - канал для відведення теплоносія

Тунелі об'єднують у блоки по 4…20 шт. із загальними каналами для подачі та відбору теплоносія. Сирець надходить до тунельних сушарок на вагонетках (сушильних або пічних), які пересуваються у тунелях по рейкових коліях за допомогою пересувних або канатних штовхачів.

Температура теплоносія, що подається у центральний підвідний канал, становить 100…140^оС, а при видаленні з сушарки - 30…45^оС (при відносній вологості 75…95%); тривалість сушіння 12…50 год. Як теплоносій використовують топкові або пічні гази. Тунельні сушарки використовують для сушіння керамічної цегли і каменів, облицювальних плиток, санітарно-технічних виробів, дренажних та каналізаційних труб.

Основні переваги тунельних сушарок: високий рівень механізації, висока продуктивність праці. Недоліками тунельних печей є потреба у великій кількості вагонеток та їхня корозія, нерівномірність сушіння виробів по поперечному перерізу тунелю.

До сушарок неперервної дії відносять також конвеєрні сушарки, які широко застосовують для сушіння керамічних плиток різних видів. Вони можуть бути радіаційними або радіаційно-конвективними з однорядним сушінням на роликових, сітчастих чи ланцюгових конвеєрах, що дозволяє скоротити термін сушіння до 7…9 хв. Використання таких сушарок у комплексі з шлікерним способом підготовки керамічної маси, одержанням прес-порошку у баштових розпорошувальних сушарках і однорядним випалюванням у щілинних печах дало змогу створити потоково-автоматизовані конвеєрні лінії для виготовлення плиток з різними джерелами теплопостачання і різною продуктивністю.

Конвеєрні сушарки використовують також для сушіння виробів стінової кераміки, санітарно-технічних виробів і труб.

Випалювання керамічних виробів є завершальною стадією виготовлення керамічних виробів, при якій формуються їхні основні властивості: щільність, міцність, водо-, кислото- і морозостійкість тощо. Режиму випалювання треба приділяти особливу увагу, оскільки дефекти виробів, що виникають на цій стадії, є необоротними.

Під час випалювання відбуваються тепло- і масообмінні процеси, а також складні фізико-хімічні процеси між складовими керамічної маси.

При нагріванні сирцевих виробів до 200^оС видаляється вільна гігроскопічна волога і відбувається досушування виробів. Цей процес характеризується поглинанням теплоти (ендотермічний ефект), а пара, що утворюється при цьому, при швидкому підйомі температури може розірвати виріб. При подальшому нагріванні до 300…400^оС відбувається вигоряння органічних речовини та видалення летких сполук.

Глинисті мінерали при температурі 450…700^оС дегідратуються (видаляється кристалізаційна вода), що супроводжується невеликою усадкою матеріалу і втратою пластичності.

В інтервалі температур 700…1000^оС утворюється в невеликій кількості рідка фаза, в якій частково розчиняються деякі складові глинистої сировини, і починається синтез штучних мінералів.

Рідка фаза обволікає нерозплавлені частинки, частково заповнюючи проміжки між ними, і внаслідок сил поверхневого натягу зближує їх, викликаючи ущільнення і усадку виробів. Після охолодження їх утворюється досить міцний та водостійкий черепок.

Таким чином, у процесі випалювання глинистих виробів формування їхньої структури відбувається внаслідок утворення рідкої фази, протікання реакцій у твердій фазі і зрощення новоутворених кристалічних форм, а також рекристалізації первинних сполук. Зі збільшенням кількості рідкої фази керамічна маса розм'якшується (переходить у піропластичний стан), але вироби не втрачають здатності зберігати свою форму. Подальше підвищення температури і збільшення кількості розплаву призводять до деформації виробів (перепал), а потім - до спучування внаслідок газоутворення в замкнених порах.

Фізико-хімічні процеси при випалюванні відбуваються також у домішках і добавках, що містяться у керамічній масі.

Так, піщані домішки, представлені в основному в-кварцом, піддаються модифікаційним перетворенням: при температурі 575^оС в-кварц переходить у б-кварц, який при 1050^оС трансформується у б-кристобаліт. Ці процеси супроводжуються збільшенням об'єму, величина якого зростає з підвищенням температури.

При наступному охолодженні новоутворені модифікації кварцу переходять у в- форму також зі зміною об'єму, що може викликати розтріскування черепка. Крім того, при охолодженні відбувається перехід матеріалу з піропластичного стану до твердого і спостерігається деякий перепад температур в об'ємі виробу. Тому при випалюванні і наступному охолодженні (особливо в інтервалах 800…780^оС, 650…500^оС, 300…200^оС) необхідно зменшувати швидкість зниження температури для локалізації напружень, що виникають внаслідок модифікаційних перетворень кварцу і переходу матеріалу в каменеподібний стан.

Карбонатні домішки (CaCO₃, MgCO₃) при 700…800^оС починають розкладатись з виділенням CO₂. Цей процес закінчується при 950…1000^оС і супроводжується збільшенням пористості виробів. Оксиди CaO, MgO, що утворюються при цьому, взаємодіють з іншими складовими глинистої сировини, утворюючи легкоплавкі стекла, які знижують інтервал спікання, погіршують умови випалювання і можуть викликати деформацію виробів.

Залізисті домішки при випалюванні в окиснювальному середовищі істотно не впливають на якість виробів, а у відновлювальному - оксид феруму Fe₂O₃ відновлюється до FeO, утворюючи легкоплавкі залізисті стекла, які сприяють ущільненню керамічного черепка.

Відновлювальне газове середовище розширює температурний інтервал спікання та сприяє зниженню температури спікання виробів на 100…150^оС, не викликаючи розвитку деформацій усадки. Тому для одержання якісних виробів з високою міцністю й морозостійкістю рекомендується випалювання виконувати за комбінованим режимом: при низьких температурах (до 500…600^оС) - в окиснювальному середовищі, при високих (600…900^оС) - у відновлюваному, а в зоні витримки при максимальній температурі - знову в окиснювальному середовищі.

Процес випалювання поділяють умовно на три етапи: нагрівання до максимальної температури, ізотермічна витримка та охолодження. Режим випалювання для кожного температурного інтервалу й виду виробів визначають розрахунково-експериментальним методом.

Для випалювання керамічних виробів використовують спеціальні печі: кільцеві, тунельні, щілинні, роликові тощо. За принципом дії печі можуть бути неперервної та періодичної дії. У печах періодичної дії (кільцевих) процес випалювання відбувається періодично: випалювальну камеру завантажують сирцем, підігрівають, потім випалюють сирець, охолоджують і вивантажують готові вироби. Такі печі використовують тільки на невеликих підприємствах для виготовлення малотиражних або унікальних виробів, хімічно стійкої апаратури тощо. У цих печах палива витрачається у 2...3 рази більше, ніж у печах постійної дії, де всі процеси випалювання відбуваються одночасно, не припиняючись у період завантаження й розвантаження.

Найбільшого поширення набули тунельні печі безперервної дії, в яких зона випалювання нерухома, а відформовані вироби пересуваються на вагонетках, стрічкових або роликових конвеєрах назустріч теплоносію. Тунельні печі бувають одно- і багатоканальними, щілинними. Нагрівання виробів може відбуватися безпосередньо відкритим полум'ям, за допомогою екранів-муфелів або електричним струмом.

Тунельна піч має три зони: підігрівання, випалювання та охолодження. Режим випалювання в тунельних печах призначають залежно від виду, форми, розмірів виробів і виду теплоносія.

Використання тунельної печі дає змогу механізувати та автоматизувати процес випалювання, забезпечує кращі санітарно-гігієнічні умови праці та вищу продуктивність порівняно з кільцевими печами.

Для виготовлення керамічних виробів з малочутливої до сушіння глинистої сировини краще застосовувати теплові установки, в яких відбувається сушіння і випалювання в одному агрегаті. Це дозволяє знизити трудові витрати на 35%, витрати палива на 20…25%, собівартість виробів на 25…30%, повністю автоматизувати виробництво.

6. Асортимент керамічних виробів різного призначення

6.1 Стінові вироби

Серед керамічних виробів у будівництві набули найбільшого поширення вироби для огороджувальних конструкцій. Вони можуть бути дрібно- та великорозмірними. До дрібнорозмірних належать керамічна цегла та камені, до великорозмірних - стінові блоки та панелі.

Розміри цегли та її властивості змінювалися разом із розвитком технології будівництва. Цеглу та керамічні камені виготовляють з глин, діатомітів, лесів і промислових відходів із мінеральними та органічними добавками або без них. Цегла має такі розміри (рис. 3.7): одинарна - 250х125х65 мм, потовщена - 250х120х88 мм, модульна - 288х138х63 мм, модульна потовщена - 288х138х88 мм, потовщена з горизонтальним розташуванням порожнин - 250х120х88мм.

Рис. 3.7. Цегла та камені керамічні:

а) - пластичного формування; б) - напівсухого пресування; 1 - цегла звичайна; 2 - цегла порожниста з 19-ма пустотами (порожнистість - 13%); 3 - цегла порожниста з 21-ю пустотою (порожнистість 34%, 45%); 4 - камінь з 7-ма пустотами (порожнистість - 25%, 33%); 5 -камінь з 18-ма пустотами (порожнистість - 27%, 36%); 6 - камінь з 28-ма пустотами (порожнистість - 32%, 42%); 7- цегла з 6-ма горизонтальними пустотами; 8 - камінь з 11-ма горизонтальними пустотами; 9 - камінь з 11-ма горизонтальними пустотами; 10 - цегла з 8-ма ненаскрізними отворами (порожнистість - 11%); 11 - цегла з 8-ма наскрізними отворами (порожнистість - 6%); 12- цегла з 17-ма наскрізними отворами (порожнистість - 12,7%)

Поява модульної цегли пов'язана з використанням уніфікованих елементів у будівництві (віконних та дверних блоків), збірних деталей міжповерхових перекриттів.

Камені виготовляють таких розмірів: 250х120х138 мм (звичайний), 288х138х138 мм (модульний), 288х288х88 мм (модульний укрупнений); 250х250х138 мм (укрупнений), - 250х250х120 мм (укрупнений з горизонтальним розташуванням порожнин). Державний стандарт дозволяє за згодою зі споживачем виготовляти цеглу і камені з іншими розмірами. Цегла може бути повнотілою або порожнистою, а камені - тільки порожнистими. При цьому порожнистими вважаються цегла і камені з об'ємом порожнин більше 13%. Згідно з ДСТУ Б В.2.7-61-97, розширена номенклатура керамічних каменів із порожнистістю до 55%, але в країнах Європи цей показник досягає 80%.

Кількість, розміщення і форма порожнин дуже різноманітні. Вони можуть бути наскрізні та ненаскрізні, розташовані перпендикулярно або паралельно постілі.

За точністю розмірів і зовнішнім виглядом цегла та керамічні камені мають задовольняти вимоги стандарту. Недопал чи перепал цегли і каменів не допускаються. Повнотіла цегла повинна мати водопоглинання не менше 8%, а порожнисті вироби - не менше 6% за масою.

За середньою густиною і теплопровідністю у сухому стані цеглу і камені поділяють на три групи:

а) ефективні, які поліпшують теплотехнічні властивості стін і дають змогу зменшити їхню товщину порівняно з товщиною стін, виготовлених із звичайної цегли. До цієї групи належать цегла середньою густиною до 1400 кг/м³ і камені середньою густиною не більше 1450 кг/м³; теплопровідність цих виробів становить не більше 0,46 Вт/(мК);

б) умовно ефективні - цегла середньою густиною до 1400…1600 кг/м³ і камені середньою густиною 1450…1600 кг/м³, які покращують теплотехнічні властивості огороджувальних конструкцій; теплопровідність виробів цієї групи становить від 0,46 до 0,58Вт/(мК) включно;

в) цегла звичайна середньою густиною понад 1600 кг/м³ і теплопровідністю більше 0,58 Вт/(мК).

Керамічну цеглу, залежно від границі міцності при стиску і згині, а камені - тільки при стиску, поділяють на такі марки: М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300. (Для цегли і каменів із горизонтальним розташуванням порожнин стандарт передбачає марки М25, М35, М50, М75, М100).

За морозостійкістю керамічну цеглу і камені поділяють на марки F15, F25, F35, та F50. Це означає, що вони повинні витримувати у насиченому водою стані без помітних ознак руйнування (розшарування, лущення, розтріскування, викришування) відповідно не менше 15, 25, 35 та 50 циклів навперемінного заморожування і відтавання.

В різних країнах випускають стінові матеріали, які відрізняються між собою за номенклатурою, типорозмірами та марками. Так, марка цегли в країнах Європи становить 125...600, причому переважають вироби марки 400. Наприклад, за німецькими стандартами, передбачено випуск 14 типів звичайної керамічної цегли та каменів марок від М40 до М280, 13 типорозмірів легких порожнистих виробів марок М20 до М280 та високоміцних виробів марок М360, М480, М600.

У сучасному будівництві існує тенденція до збільшення розмірів керамічних виробів, зменшення їхньої маси та зміни їхньої форми. Наприклад, виконання безрозчинової кладки передбачає застосування пазогребеневої конструкції цегли.

Керамічну цеглу і камені виготовляють пластичним формуванням або напівсухим пресуванням.

Виробництво порожнистих виробів вимагає ретельної підготовки керамічної маси і досконалого обладнання, але потребує менших витрат сировини і пального, прискорює сушіння і випалювання тонкостінних виробів, що значно підвищує продуктивність сушарок і печей. Застосування порожнистих керамічних виробів дає змогу зменшити товщину зовнішніх стін і знизити матеріаломісткість огороджувальних конструкцій на 20...30%, скоротити транспортні витрати і навантаження на фундамент. Відповідно зменшується і трудомісткість зведення стін:порівняно з повнотілою цеглою.

Звичайну повнотілу керамічну цеглу використовують для мурування зовнішніх і внутрішніх стін, виготовлення стінових блоків та панелей, мурування печей і димових труб у зонах, де температура не перевищує температуру випалювання цегли. Цеглу напівсухого пресування не дозволяється застосовувати для укладання цоколів і фундаментів нижче гідроізоляційного шару.

Порожнисту цеглу і камені використовують як і звичайну повнотілу цеглу, за винятком укладання фундаментів, підземних частин стін, печей, димових каналів та стін приміщень з вологим режимом експлуатації.

6.2 Вироби для облицювання фасадів

Для облицювання фасадів будівель використовують різні за формою, розмірами та декоративними властивостями керамічні вироби. Фасадні керамічні вироби застосовують для облицювання фасадних поверхонь, стінових панелей, блоків, цоколів будівель, лоджій, створення декоративних панно.

Загальні умови до керамічних виробів для зовнішнього облицювання визначаються естетичними міркуваннями і зовнішніми факторами.

Облицювальні вироби повинні мати правильну форму, рівний красивий колір і не змінювати його з часом під дією вологи і газів, що містяться у повітрі, легко відчищатися від пилу і бруду; не допускати проникнення вологи до основного матеріалу стіни, оскільки зволоження різко збільшує теплопровідність огороджувальних конструкцій, а також повинні бути вогне- та морозостійкими.

Лицьову цеглу і камені виготовляють з глин, трепелів і діатомітів методом пластичного формування або напівсухого пресування з добавками чи без них, з нанесенням фактурного шару чи без нього. Лицьова цегла і камені призначені для мурування і одночасного облицювання зовнішніх стін будівель і споруд, тому повинні мати дві лицьові поверхні - поперечикову і довжикову.

Для підвищення декоративних і конструктивних можливостей кладки поряд з лицьовими керамічними виробами у формі прямокутного паралелепіпеда виготовляють цеглу і камені з округлими ребрами і кутами, а також фігурні вироби (рис. 3.8).

Лицьову цеглу і камені виготовляють: з гладкою і рельєфною лицьовою поверхнею природного кольору або забарвленими у масі (шляхом додавання до сировинної суміші добавок); з офактуреною лицьовою поверхнею (за рахунок торкретування мінеральним дрібняком, ангобування, нанесення глазурі або використання двошарового формування).

Лицьову цеглу і камені з червоновипалюваних глин виготовляють за такою ж технологією, що й звичайну стінову цеглу і камені, дотримуючись більш суворих вимог щодо однорідності сировини, рівномірності забарвлення випаленого виробу і правильності його форми.

Лицьову цеглу світлих тонів виготовляють із червоновипалюваних тугоплавких глин із додаванням до 45% шамоту. Добираючи склад керамічних мас і регулюючи режим випалювання, можна виготовляти цеглу білого, кремового та інших кольорів.

Двошарову цеглу формують із місцевих червоних глин і лише лицьовий шар (3...5 мм завтовшки) із біловипалюваних глин.

Ангобована цегла має лицьову поверхню, вкриту ангобом. Виготовляють ангоби з білої глини (80%), скляного бою (13...20%) і мінерального барвника (5...7%). Ангоб наносять на відформований виріб у вигляді суспензії - шлікера, а потім випалюють.

Глазуровану цеглу застосовують для акцентних вставок, які надають фасаду будівлі більшої архітектурної виразності.

Глазур дає змогу одержувати будь-які колірні відтінки і зберігати їхню яскравість протягом тривалого часу; вона майже не забруднюється і легко миється. Довговічність такого оздоблення - десятки і навіть сотні років.

Марка за міцністю лицьової цегли і каменів повинна бути не меншою М100, а для виробів із горизонтальним розташуванням порожнин - не менше М50. Водопоглинання лицьових виробів має бути не менше 6% за масою, а максимально допустиме значення - від 12 до 28 мас.% залежно від виду використаної сировини. Лицьові вироби повинні мати марку за морозостійкістю не менше F25, а якщо водопоглинання перевищує допустиме максимальне значення, то- не менш як F35.

Порівняно з рядовими стіновими виробами до лицьової цегли і каменів ставляться більш жорсткі вимоги щодо точності геометричних розмірів та показників зовнішнього вигляду. Колір, малюнок рельєфу та інші характеристики зовнішнього вигляду лицьових поверхонь цих виробів повинні відповідати зразку-еталону.

Облицювання стін будівель із керамічної цегли і каменів лицьовими виробами - найефективніший вид оздоблення, оскільки воно виконується одночасно з рядовою кладкою, а лицьові вироби, крім декоративних функцій, виконують і конструкційні функції стіни.

Керамічні плитки для оздоблення фасадів виготовляють у широкому асортименті, який передбачає варіювання за розмірами, фактурою поверхні та кольоровою гамою (ДСТУ Б В.2.7-67-98).

Килимова кераміка - це дрібнорозмірні тонкостінні плитки різного кольору, з глазур'ю чи без неї, які наклеюють лицьовою поверхнею на паперову основу (крафт-папір), внаслідок чого утворюється килим. Плитки виготовляють шлікерним способом, вони можуть бути квадратної, прямокутної та інших форм зі стороною 22...29 мм, завтовшки 2...З мм.

Килимову кераміку застосовують для облицювання зовнішніх панелей і блоків, стін, вестибюлів, сходових кліток, санвузлів та кухонь. Для цього килими з плиткою укладають за допомогою розчинової суміші на поверхню, що облицьовують, а потім змивають крафт-папір водою. Водопоглинання плиток не повинно перевищувати 16,5 мас.%, морозостійкість - не менше 35 циклів.

Плитки керамічні фасадні використовують для зовнішнього облицювання стін, стінових панелей, цоколів будинків і споруд. Виготовляють їх прямокутними чи квадратними з різними координаційними розмірами (від 50х50 до 300х150 мм, завтовшки 7 і 9 мм). Координаційний розмір - це сумарна величина номінального розміру плитки і ширини розчинового шва, яка зазвичай становить 4…8 мм. Лицьова поверхня плиток може бути гладкою, рельєфною, неглазурованою, частково або повністю покритою однотонною або багатокольоровою глазур'ю та декорованою. Глазур може бути блискучою або матовою.

Тильна (монтажна) поверхня плиток повинна мати пази або опуклості розмірами 0,7 або 2,0 мм (залежно від довжини плитки) для кращого зчеплення з розчином. Лицьова поверхня плиток не повинна мати тріщин, цека, щербин, зазублин та інших дефектів, вид і кількість яких регламентується стандартом.

Виготовляють фасадні плитки з вогнетривких та тугоплавких глин з добавками або без них методами напівсухого пресування чи пластичного формування.

Водопоглинання плиток повинно бути не менше 2% за масою і не більше 5…12 мас.% (залежно від виду керамічної маси та призначення плиток). При стандартних випробуваннях на морозостійкість плитки повинні витримувати не менше 40 (при облицюванні стін) та 50 (при облицюванні цоколів) циклів заморожування і відтавання. Границя міцності при згині - не менше: 1,6 МПа (для стін) та 1,8 МПа (для цоколів). Для глазурованих плиток твердість глазурі за Моосом має бути не менше 5, а термічна стійкість - не менше 125^оС.

Для полегшення і прискорення оздоблювальних робіт із фасадних плиток попередньо можна виготовляти килими. На сучасному ринку керамічних виробів спостерігається тенденція до збільшення розмірів плиток, причому плитки з координаційними розмірами більше 200 мм відносять до великорозмірних.

Великорозмірні керамічні плити виготовляють зі щільним черепком (водопоглинання менше 1 мас.%) розмірами до 1000х1000 мм, завтовшки 6…10 мм. На фасаді ці плити кріплять за допомогою металевих розкладок.

Керамічний граніт вперше виготовлений в Італії, де його називають 'gres porcellanato', що означає кам'яний фарфор або фарфорова кераміка. Це дуже щільний матеріал, в якому зберігається визначене співвідношення між кристалічною та склоподібною фазами. Керамічний граніт випускається з глинистої сировини з додаванням мінеральних пігментів. Плитки формують на пресі під тиском близько 50 МПа, а потім випалюють при Т=1250^оС. Розміри плиток від 200х200 мм до 300х300 мм при товщині від 7,5 до 12 мм. Вони не поступаються природному граніту за показниками міцності, зносостійкості, морозостійкості, а також відрізняються високою термостійкістю. Цей матеріал привертає увагу будівельників, архітекторів та дизайнерів і використовується для оздоблення фасадів та влаштування підлог

Архітектурно-художня кераміка призначена для оздоблення будівель, художнього оздоблення інтер'єрів, переходів тощо. Залежно від призначення вироби бувають неглазурованими, глазурованими і ангобованими. Вимоги до виробів архітектурно-художньої кераміки такі самі, що й до облицювальних плит.

Однотонні неглазуровані природно забарвлені керамічні вироби, колір яких змінюється від світло-кремового до червоно-коричневого, майже чорного, називають теракотою. Незважаючи на те, що історія виникнення теракоти пов'язана з Стародавньою Грецією, вона знаходить широке застосування і сьогодні у вигляді стінових та облицювальних матеріалів, архітектурних деталей (частин колон, карнизів, наличників) та малих архітектурних форм.

Вироби архітектурно-художньої кераміки формують з пластичних керамічних мас, причому плити - на стрічкових пресах, а архітектурні деталі - шлікерним методом у гіпсових, дерев'яних чи металевих формах.

6.3 Плитки для внутрішнього облицювання

Плитки для облицювання стін, залежно від виду сировини, що використовується, поділяють на два види: майолікові та фаянсові.

Майолікові плитки, в тому числі кахлі для печей та елементи декору, виготовляють із мергелистих або легкоплавких глин з додаванням до 20% вуглекислого кальцію у вигляді крейди. Внаслідок випалювання плиток утворюється пористий черепок, лицьову поверхню якого покривають кольоровою глазур'ю, а на тильний бік наносять борозенки для кращого зчеплення з розчином.

Облицювальні вироби з малюнком по білому ангобу, покриті прозорою глазур'ю, називаються напівмайолікою.

Фаянсові плитки виготовляють із вогнетривких глин, додаючи кварцовий пісок і плавні - речовини, які знижують температуру плавлення (зокрема, польовий шпат). Плитки після випалювання мають білий або слабкозабарвлений черепок. Лицьова поверхня плиток може бути гладенькою або рельєфною, одно- або багатоколірною. Декорування може здійснюватися методом серіографії (рис. 3.9), набризкування, нанесення глазурі з різним поверхневим натягом. Глазур може бути блискучою або матовою, прозорою чи глухою. Тильний бік плитки має рифлену поверхню. Залежно від форми плитки бувають квадратними, прямокутними і фасонними (для кутів). Для внутрішнього облицювання застосовують плитки завдовжки 150 мм та завширшки 25, 50, 75 і 150 мм.

Рис. 3.9. Керамічні плитки для внутрішнього облицювання стін, декоровані методом серіографії

Товщина плиток не повинна перевищувати 6 мм, плінтусних - 10 мм. Водопоглинання плиток має становити не більше 16%. До якості плиток для внутрішнього облицювання стін ставлять високі вимоги: вони повинні мати правильну геометричну форму, чіткі грані й кути, бути термостійкими.

Технологія виготовлення фаянсових плиток має деякі особливості. Сировиною є переважно маси із пластичної глини, каоліну, кварцу та польового шпату. Вихідні матеріали підсушують, дозують за масою і подрібнюють у кульових млинах з водою до утворення рідкої суспензії, яку проціджують крізь сито і направляють у збірник. Із збірника мембранним насосом суспензію під тиском 1,2 МПа подають до форсунки розпилювального сушила, де при температурі 300...350°С суспензія висушується, перетворюючись на гранули крупністю до 5 мм і вологістю до 7%. Ці гранули осідають у нижньому конусі сушила і, проходячи крізь сито, потрапляють до проміжного бункера, а звідти на конвеєрну лінію, яка складається з ділянки для пресування, що має ланцюговий або сітчастий конвеєр, по якому плитки надходять до сушильної камери, ділянки глазурування та роликової випалювальної печі тунельного типу. Випалену плитку сортують за розмірами, кольором та сортом і упаковують в ящики.

Глазур не тільки надає плиткам декоративного вигляду, але й робить їх водо- та хімічностійкими. Такі плитки широко застосовують для облицювання санітарно-технічних вузлів та кухонь в житлових і громадських будівлях, у лікарнях, на підприємствах харчової та хімічної промисловості. Не можна використовувати такі плитки для настилання підлог (полива легко продряпується) і для зовнішнього облицювання (пористий черепок взимку швидко руйнується).

6.4 Плитки для підлог

Керамічні плитки для підлоги, відомі як метлаські, (ДСТУ Б В. 2.7 - 117 - 2002) повинні мати правильну форму (квадратну, прямокутну, багатогранну та фігурну) (рис. 3.10), їхня поверхня може бути гладкою чи рельєфною, глазурованою і неглазурованою. Розрізняють плитки основні та бордюрні.

Розміри квадратних плиток: від 150х150 мм до 500х500 мм; прямокутних - від 200...150 мм до 500х300 мм, товщина повинна бути не менше 7,5 мм.

Рис. 3.10. Деякі різновиди (за розмірами та формою) плиток для підлоги

Їх виготовляють напівсухим пресуванням з тугоплавких або вогнетривких глин, випалюючи до повного спікання, із забарвлюючими добавками чи без них. Плитки призначені для настилання підлог у санітарних вузлах, вестибюлях і на сходових площадках житлових та громадських будівель, а також у виробничих і допоміжних будівлях промислових підприємств. Неглазуровані плитки можуть бути використані для влаштування підлог на балконах і в лоджіях.

Плитки можуть бути одно- та багатоколірними (візерунчасті, офактурені, перфоровані, мармуроподібні й декоровані різними методами) (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Фрагмент підлоги, виконаної з використанням декорованої плитки

Плитки повинні мати незначне водопоглинання за масою (до 3,5% для неглазурованих і до 4,5 % - для глазурованих), підвищений опір щодо стирання (втрати маси під час випробування на стираність не повинні перевищувати 0,18 г/см² для неглазурованих плиток або відповідати ступеням 1...4 - для глазурованих), границя міцності при згині повинна бути не менше 2,8 МПа (для плиток товщиною до 9 мм) і не менше 2,5 МПа (для плиток товщиною понад 9 мм). Глазур повинна мати твердість за шкалою Мооса не менше 5 та бути хімічно стійкою. Термостійкість глазурованих плиток має бути 125^оС при випробуванні за стандартною методикою.

Плитки керамічні мозаїчні для підлог виготовляють квадратними зі стороною 23 і 48 мм, завтовшки 6 і 8 мм. На заводі плитки лицьовим боком наклеюють на крафт-папір або картон за певним рисунком, одержуючи килими розміром 398x598 мм. Товщина шва між плитками 2 мм. Укладають килими на пластичну цементно-піщану розчинову суміш. Після завершення укладання плитки крафт-папір чи картон змивають.

Для влаштування підлог у виробничих цехах, магазинах, ресторанах, виставкових залах, лабораторіях, адміністративних спорудах використовують великорозмірні плитки типу “керамічний граніт”, технологія отримання яких наведена в розділі 3.6.2. Це вироби зі спіклим черепком (водопоглинання 0,1 мас.%), водо- і кислотостійкі, твердість за Моосом 7, границя міцності при згині 4,0 МПа. Розміри плиток від 200х200 до 400х400 мм, завтовшки 9…15 мм. Вони можуть бути різного кольору та мати малюнок, що імітує природний камінь із включеннями дрібних або крупних фракцій.

6.5 Вироби спеціального призначення

Керамічна черепиця (ДСТУ Б В. 2.7-28-95) - це давній покрівельний матеріал, який завдяки довговічності, вогнестійкості і високим декоративним якостям не втратив свого значення до наших часів. Керамічні покрівлі (дахівки) виробляються понад 4000 років. Грецькі та римські античні споруди були покриті, як правило, керамічною черепицею. Від римлян її запозичили північні народи. Саме на Півночі у VIII ст. з'являється дахівка у формі “риб'ячої луски”, взірцем для якої був дерев'яний гонт. Відомо багато форм “риб'ячої луски”- з прямим, загостреним або округленим зовнішнім краєм. Така форма дахівки отримала широке розповсюдження у всьому світі. Навіть королівський палац у Бангкоку перекритий дахом із глазурованих “риб'ячих лусок”, відформованих вручну. Пізніше у XV ст. у Фландрії з'явилася черепиця у формі літери S. Ще раніше така форма черепиці була відомою в Китаї та Японії.

Виготовляють черепицю з легкоплавкої глинистої сировини з добавками або без них пластичним формуванням, штампуванням або напівсухим пресуванням. Одержаний сирець випалюють в інтервалі температур 900...1050^оС.

Черепиця за умовами формування поділяється на види, а за конфігурацією - на типи, а саме: штампована - пазова, марсельська, голландська, S-подібна, мунк-нун, гребенева та гребенева укрупнена; пластичного формування - стрічкова пазова, стрічкова плоска та стрічкова S-подібна; напівсухого пресування - плоска типу “бобровий хвіст” (рис. 3.12).

Черепиця може виготовлятися з декоративним покриттям (глазур, ангоб тощо), яке може бути блискучим або матовим, прозорим чи непрозорим. Кожний тип черепиці має стандартизовані розміри: габаритні (с, d) та покрівельні (а, b) (позначення на рис. 3.12). Черепиця повинна бути водонепроникною та морозостійкою (не менше F25 для черепиці пластичного формування та F35 для черепиці напівсухого пресування), а також витримувати механічне навантаження в межах 800...1500 Н.

До недоліків черепиці належать: велика маса (величина якої у водонасиченому стані не повинна перевищувати 74 кг на 1 м² покриття), крихкість, значна трудомісткість влаштування покрівлі і необхідність підготовки міцної кроквової системи з великим нахилом (більше 30°) для швидкого стікання води.

У сучасному будівництві черепиця стала не тільки частиною огороджувальної конструкції, але й важливим декоративним елементом, що надає будинку індивідуальної неповторності. Номенклатура черепиці постійно урізноманітнюється за формою, типорозмірами та кольоровою гамою, причому використання новітніх технологій забезпечує виготовлення не тільки широкого асортименту черепиці, але й супутніх елементів покриття дахів.

Дорожня (клінкерна) цегла. Цегла для дорожніх покриттів (клінкерна) - це штучні камені розмірами 220x110x65 мм і 220x110x78 мм, які виготовляють формуванням і наступним випалюванням до повного спікання. Як сировину застосовують тугоплавкі глини з великим інтервалом температур між початком спікання й початком деформування (80...100°С).

Рис. 3.12. Види керамічної черепиці:

а - штампована пазова; б - стрічкова пазова; в - с трічкова плоска; г - штампована голландська; д - штампована мунк; е - штампована гребенева звичайна

Марки цегли за міцністю М1000, М600 і М400, за морозостійкістю F100, F50 і F30, водопоглинання - не більше 2; 4; 6 мас.%, опір стиранню (коефіцієнт зношування) не менше 14, 16 і 18%, випробування на удар (кількість ударів) не менше 8, 12, 16. Її застосовують для влаштування підлог промислових будівель, облицювання мостових опор, брукування доріг і тротуарів, мурування каналізаційних колекторів.

Дренажні труби. Дренажні труби виготовляють пластичним формуванням (із високопластичних цегельних глин) круглого, шести- чи восьмигранного перерізу, внутрішнім діаметром від 25 до 250 мм і завдовжки 333 або 500 мм.

Як спіснювальні добавки використовують шамот, кварцовий пісок без пиловидних фракцій, дегідратовану глину; для підвищення пористості при використанні дисперсних глин додають 2…3% тонкомеленого вугілля.

Труби невеликого діаметра формують на горизонтальних стрічкових пресах, а великого діаметра - на вертикальних вакуумних. Відформовані вироби сушать при температурі теплоносія 75…90^оС, випалюють у тунельних (рідше - кільцевих) печах при температурі 920…1050^оС.

Вони можуть бути неглазурованими, глазурованими з розтрубами та перфорацією на стінках (рис. 3.13). Частіше виготовляють безрозтрубні труби, які з'єднують між собою керамічними муфтами. Вода у дренажні труби надходить крізь стики і отвори в стінках труб. Водопоглинання черепка становить не більше 15 мас.%, морозостійкість не нижча F15.

Рис.3.13. Керамічні дренажні труби: 1- труба; 2 - муфта

Дренажні труби використовують для меліоративних робіт, а також при осушенні грунтових основ будівель і споруд.

Каналізаційні труби. Каналізаційні труби виготовляють з тугоплавких або вогнетривких глин із спіснювальними добавками (тонкомеленим шамотом або піском) чи без них, циліндричної форми з розтрубом на одному

кінці (рис. 3.14). Для кращої герметичності стиків кожна труба має нарізки - не менше п'яти витків на зовнішній стороні кінця труби і стільки ж на внутрішній стороні розтруба. Для монтажу трубопроводів виготовляють хрестовини, трійники, відводи, переходи, пробки, коліна.

Рис. 3.14. Елементи з'єднання каналізаційних труб:

а - трійник звичайний одинарний; б - трійник похилий одинарний; в - сифон похилий

Керамічну масу готують пластичним способом. Труби формують у вертикальних трубних пресах, покривають зсередини і ззовні кислотостійкою глазур'ю й випалюють при температурі 1250...1300°С. Їх виготовляють діаметром 150...600 мм і 800...1200 мм завдовжки. Вони мають бути водонепроникними і витримувати внутрішній гідравлічний тиск не менше 0,2 МПа. Водопоглинання труб не повинно перевищувати 8 мас.%. Кислотостійкість труб становить не менше 93%.

Труби призначені для будівництва безнапірних мереж каналізації, якими транспортуються промислові, побутові та дощові неагресивні й агресивні стічні води.

Кислототривкі вироби. Кислототривкі керамічні вироби виготовляють з пластичних глин без домішок карбонатів, сірчаного колчедану, гіпсу, які зменшують хімічну стійкість. До них належать: кислототривка цегла міцністю 15...25 МПа, кислотостійкістю 92...96%, водопоглинанням 8...12 мас.%, термостійкістю не менше двох теплозмін; плитки кислототривкі і термокислототривкі з міцністю при стиску не менше 30 МПа, кислотостійкістю 96...98%, водопоглинанням 6...9 мас.%, теплостійкістю 2...8 теплозмін; труби та фасонні частини до них міцністю 30...40 МПа, кислотостійкістю 97…98%, водопоглинанням 3…5 мас.%.

Кислототривка цегла та плитки призначені для футерування башт, резервуарів і печей на хімічних заводах, для опорядження підлог у цехах з агресивними середовищами. Керамічні кислототривкі труби застосовують для перекачування неорганічних і органічних кислот та газів під тиском до 0,3 МПа. Їх вкривають з обох сторін глазур'ю.

Санітарно-технічна кераміка. До цих виробів належать ванни, раковини, унітази та інше обладнання санітарно-технічних вузлів житлових і виробничих приміщень, виготовлене з фарфору й фаянсу. Сировиною є біловипалювані глини, каоліни, кварц і польовий шпат, використані в різних співвідношеннях (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Склад сировини для виробів санітарно-технічної кераміки

Вироби з фаянсу мають пористий, а з фарфору - щільний, сильно спіклий черепок. Середня густина напівфарфору є проміжною за значенням між фаянсом і фарфором.

Сировинні матеріали піддають ретельній переробці: помелу, відмулюванню, просіюванню. Після цього віддозовану суміш розмелюють у кульовому млині з водою, одержуючи шлікер, з якого литтям у гіпсових формах формують вироби. Гіпс вбирає надлишок води, після чого вироби виймають з форм, підв'ялюють на повітрі, оправляють (обрізають), сушать, вкривають глазур'ю і випалюють при температурі 1250...1300°С.

Вироби з фаянсу мають міцність на стиск майже 100 МПа, водопоглинання не більше 12 %, з напівфарфору - відповідно 150...200 МПа, не більше 5 мас.%, з фарфору - до 500 МПа і не більше 1 мас.%.

Вогнетривкі вироби. Вогнетривкими називають вироби, які застосовують для будівництва промислових печей, топок і апаратів, що працюють при високих температурах. Їх поділяють на просто вогнетривкі (1580...1770°С), високовогнетривкі (1700...2000°С) та найвищої вогнетривкості (понад 2000°С).

З вогнетривких матеріалів найширше застосовують кремнеземисті та алюмосилікатні, а також магнезіальні та хромисті.

Кремнеземисті (динасові) вогнетривкі матеріали містять не менше 93% SiO₂. Вони мають вогнетривкість 1670...1790°С, але невисоку стійкість і при швидкому нагріванні втрачають міцність, розтріскуються й руйнуються. Застосовують динас для укладання склепінь металургійних і скловарних печей.

Алюмосилікатні вогнетриви поділяють на три групи:

1) напівкислі з вмістом SiO₂ понад 65% і Аl₂О₃ не менше 28% та вогнетривкістю 1610...1710°С. Застосовують для футерування шахтних і тунельних печей, вагранок тощо;

2) шамотні матеріали з вмістом Аl₂О₃ 30...45% мають високу термічну стійкість і міцність, вогнетривкість 1580...1730°С. Застосовують їх для футерування обертових печей, димоходів тощо;

3) високоглиноземисті матеріали з вмістом Аl₂О₃ понад 45% мають вогнетривкість 1820...1860°С. Використовують їх у скловарній промисловості, для укладання доменних печей тощо.

Магнезіальні вироби складаються в основному з периклазу МgО (80...85%), їх вогнетривкість досягає 2000°С.

Хромисті вироби одержують із хромистого залізняку з добавками магнезиту й глинозему. Вогнетривкість їх 1800...2000°С. Використовують в сталеливарних печах.

Легковагові вогнетриви мають середню густину 400...1300 кг/м³ і загальну пористість 45...85%, відрізняються високою вогнетривкістю, малою теплопровідністю і достатньою міцністю. Використовують їх для футерування різних за призначенням промислових печей, що дозволяє істотно зменшити витрату палива (у 2...3 рази) і тривалість розігріву печей (у 3...4 рази).

До легких заповнювачів на основі глинистої сировини відносяться керамзит і аглопорит (ДСТУ Б В. 2.7.- 17 - 95).

Керамзит - легкий штучний пористий заповнювач ніздрюватої будови у вигляді гравію чи піску, який одержують при випалюванні легкоплавких глинистих порід, здатних спучуватися при швидкому нагріванні до 1050…1250^оС. Застосовується як заповнювач для легких бетонів і як теплоізоляційна засипка.

Аглопорит - легкий штучний пористий заповнювач, який одержують спіканням при температурі 1200…1300^оС суміші глинистої сировини з вугіллям. Використовують як заповнювач для легких бетонів.

До теплоізоляційних матеріалів відносять матеріали з середньою густиною не більше 500 кг/м³ і теплопровідністю не більше 0,175 Вт/(мК). Застосовують їх для теплової ізоляції будівельних конструкцій з температурою експлуатації до 900^оС. Вироби виготовляють у вигляді цегли, плит, шкаралуп, сегментів, фасонних каменів тощо. Як сировину використовують діатоміт, трепел, легкоплавкі глини і вигоряючі або пінотвірні добавки.

Діатомітова цегла має розміри 250х123х65; 230х113х40; 230х113х65 мм, середня густина 500…600 кг/м³, теплопровідність 0,59…0,78 Вт/(мК). Технологія виготовлення аналогічна технології виготовлення звичайної керамічної цегли. Випалюють вироби при 800…1000^оС за швидкісним режимом (16…20 год).

Виготовляють також пінодіатомітові і пінотрепельні вироби, перлітобентонітові та газокерамічні, використовуючи як піноутворювач клеєканіфольну емульсію, а як газоутворювач - алюмінієвий порошок з вапном.

7. Використання техногенної сировини для виробництва керамічних матеріалів

При виробництві керамічних виробів для економії або повної заміни глинистої сировини, регулювання властивостей керамічної маси, інтенсифікації технологічного процесу і надання готовій продукції потрібних якостей використовують техногенну сировину - супутні продукти і відходи різних виробництв.

За природою вони можуть бути мінеральними і органічними. Це можуть бути відходи гірничодобувної промисловості, чорної та кольорової металургії, теплоенергетики, хімічної промисловості, лісової та деревообробної промисловості, а також промисловості будівельних матеріалів.

Відходи гірничодобувної промисловості у вигляді розкривних і супутніх порід (глини, суглинки) можуть бути використані як основна сировина при виробництві різних керамічних матеріалів (стінових, покрівельних і облицювальних, пористих заповнювачів тощо) або як коригуюча добавка при приготуванні керамічних мас.

Для виробництва будівельної кераміки використовують відходи вуглевидобутку та вуглезбагачення, що містять паливну складову. Більш ефективними є відходи вуглезбагачення, оскільки мають стабільніший хімічний склад порівняно з відходами вуглевидобутку.

Відходи вуглезбагачення - це органо-мінеральна сировина, яку можна використовувати як коригуючий компонент керамічної маси або як основну сировину. За хімічним складом вони близькі до традиційної глинистої сировини. Порівняно з нею вони можуть мати підвищену кількість оксидів алюмінію та заліза, а також підвищені втрати при прожарюванні (ВПП - 20…42 мас.%), оскільки містять вуглецевий компонент. Основні технологічні властивості відходів вуглезбагачення (вологість, дисперсність, пластичність, повітряна усадка) знаходяться в межах, властивих глинистій сировині.

Добавка відходів вуглезбагачення позитивно впливає на процес сушіння глин. Так, добавка цих відходів до спондилової глини зменшує вологовміст керамічної маси, відформовані вироби стають нечутливими до сушіння, тривалість сушіння скорочується, якість готових виробів покращується.

Добавка відходів вуглезбагачення позитивно впливає на морозостійкість керамічних виробів, особливо при використанні каолінової та гідрослюдистої глин. Зі збільшенням кількості добавки підвищується об'єм закритих пор, що сприяє підвищенню морозостійкості виробів, а також зменшенню коефіцієнта теплопровідності. Крім того, підвищується міцність випалених матеріалів (для цегли - в середньому на одну марку). Це пояснюється тим, що при достатній кількості кисню у печі відбувається повне вигоряння вуглецю, що міститься у відходах у вигляді тонкодисперсного вуглецевого компонента з утворенням СО, тому в печі підтримується відновлювальне середовище, яке сприяє утворенню рідкої фази при більш низьких температурах і збільшенню кристалічних новоутворень, внаслідок чого вироби мають підвищену механічну міцність та кращі експлуатаційні властивості.

Кількість добавки відходів вуглезбагачення до керамічної маси становить 10…50% залежно від властивостей глинистої сировини та складу відходів. Але ефективнішим є використання відходів вуглезбагачення (зокрема, відходів вуглефлотації коксохімічних заводів) як основної сировини при виробництві будівельної кераміки. Це дозволяє раціонально використовувати глинисту сировину і зменшити витрати технологічного палива. Відходи вуглезбагачення найчастіше застосовують при виробництві керамічної цегли і каменів, отриманих з використанням пластичного або напівсухого способів формування.

Відходи вуглевидобутку при зберіганні у териконах утворюють так звану горілу породу - каменеподібну глинисту речовину, що не розмокає у воді, і представлена продуктами дегідратації глини або глинистого сланцю внаслідок вигоряння горючої частини. Її використовують як спіснювальну добавку, зокрема, при виробництві аглопоритового щебеню і піску.

Відходи чорної металургії у вигляді шлаків (продуктів високотемпературної взаємодії палива, руди, флюсів та газового середовища) в технології будівельної кераміки застосовують переважно як спіснювальну добавку.

Досить широко в технології кераміки використовують відходи теплоенергетики у вигляді золи, шлаку або золошлакової суміші, що утворюються на теплових електростанціях і котельних установках внаслідок спалювання при температурі 1260…1770^оС твердого палива: антрациту, кам'яного та бурого вугілля, горючих сланців, торфу.

Основною складовою паливних відходів є склоподібна алюмосилікатна фаза, яка становить у золі-винесення 40…65 мас.%, а у шлаках - до 85…98 мас.%. Кристалічна фаза паливних відходів містить кварц, польові шпати, амфіболи, можливе утворення ангідриту, гематиту, магнетиту, шпінелі, муліту, геленіту, воластоніту, беліту, алюмінатів та феритів кальцію. Крім того, вони містять неспалені частинки твердого палива - у шлаках до 1 мас.%, у золі від 1 до 20…25 мас.%, залежно від виду палива і умов спалювання.

Зазначені властивості паливних відходів обумовлюють їх використання в технології кераміки, а саме: як спіснювальну та вигоряючу добавку (для покращання умов випалювання, скорочення витрати палива, зменшення середньої густини виробів), а також як основну сировину при виготовленні легких заповнювачів: шлакового гравію, аглопоритового гравію і піску. Золи теплових електростанцій, крім того, використовують як добавку для підвищення міцності керамзитового гравію, а вогнетривкі золи ТЕС - як добавку для підвищення спучуваності сировини при виробництві керамзитового гравію.

Супутні тонкомелені відходи гірничозбагачувальних комбінатів у вигляді нефелінових концентратів (нефелін-сієніт) містять до 20 мас.% лужних оксидів, завдяки чому їх використовують як ефективні плавні при виготовленні керамічних виробів (крім фарфорових і фаянсових, через засміченість концентратів залізистими домішками).

При збагаченні рідкоземельних руд утворюються нефелін-егіринпольовошпатові відходи, які можна використовувати як добавки у виробництві керамічних фаянсових плиток, плиток для підлоги. Ці добавки знижують температуру випалювання, зменшують водопоглинання, збільшують міцність виробів.

Відходи кольорової металургії: шлаки виробництва алюмінієвих сплавів, міді, а також відходи збагачення титано-залізних руд використовують при виготовленні керамзиту як добавку (2…20 мас.%) для підвищення спучуваності сировини і зменшення насипної густини заповнювача.

Відходи виробництва глинозему з бокситової сировини у вигляді так званого червоного шламу можуть бути використані як добавка до глинистої сировини при виробництві порожнистих стінових виробів.

З відходів хімічної промисловості для виробництва керамічних виробів використовують фосфорні шлаки, залізисті та кремнеземисті відходи, лігнін тощо.

Фосфорні шлаки - це побічний продукт виробництва фосфору в електропечах, за хімічним складом близькі до доменних із сумарним вмістом CaO та SiO₂ до 95 мас.%. Ці шлаки використовують як добавку - плавень для збільшення рідкої фази при випалюванні і покращання спікання, а також для підвищення міцності керамічних виробів (завдяки голчастій будові псевдоволастоніту, що працює як армуючий компонент). Можливе використання фосфорних шлаків і як основної сировини при виробництві фасадної кераміки.

Піритні недопалки - побічний продукт переробки сірчаного колчедану (піриту) у сульфатну (сірчану) кислоту. Це дисперсний матеріал (кількість зерен до 0,16 мм більше 90 мас.%), у хімічному складі якого переважає Fe₂O₃ (56…77%), значно менше SiO₂ (9…22%), Al₂O₃ (1…18%), CaO (0,8…5%). За мінералогічним складом - це суміш оксидів заліза з піритом та оксидами інших металів, у незначних кількостях - домішки сірчанокислих солей лужноземельних металів, свинцю, цинку, міді, кремнезему.

В технології кераміки піритні недопалки використовують як добавку при виробництві стінових виробів (2…4%) та фасадних плиток (5…50%) для зниження температури випалювання, підвищення якості і надання кольору; при виробництві керамзиту для підвищення спучуваності глинистої сировини і зменшення насипної густини випаленого продукту.

Кремнеземисті відходи (сиштоф) є супутніми продуктами виробництва сульфату чи хлориду алюмінію на основі глин і каолінів. Це - високодисперсний матеріал, у складі якого переважають аморфний кремнезем (55%), оксиди алюмінію (20%) та сірки (12%).

Сиштоф використовують замість шамоту при виготовленні вогнетривких керамічних виробів, а також як спіснювальну добавку при виробництві керамічної цегли.

Гідролізний лігнін - побічний продукт переробки деревини. Це - аморфний полімер складної будови, що містить, крім самого лігніну, залишки полісахаридів, мінеральні та органічні кислоти, смоли, віск, азотні речовини. Він має високу дисперсність (питома поверхня - 700…800 м²/кг), пластичність та здатність до сорбції, завдяки чому його використовують як ефективну вигоряючу добавку при виробництві стінових керамічних виробів в кількості 20…25% за об'ємом, як поротвірну добавку при виготовленні теплоізоляційних керамічних виробів, замість тирси у виробництві аглопориту.

З відходів деревообробної промисловості найбільшого поширення у виробництві кераміки набула тирса, яку використовують як вигоряючу і спіснювальну добавку при виготовленні керамічної цегли, аглопоритового щебеню.

У виробництві кераміки також застосовують відходи промисловості будівельних матеріалів. Наприклад, сушильний брак керамічних виробів використовують як добавку для зниження вологості керамічних мас, бій керамічних виробів використовують у складі керамічних мас як шамот при виготовленні облицювальних та санітарно-технічних виробів для збагачення мас з метою покращання властивостей готової продукції.

При виготовленні аглопоритового щебеню чи гравію утворюється значна кількість відходів у вигляді недопалених зерен матеріалу, що спікається. Недопал повертають на агломераційну машину для підвищення газопроникності шихти, поліпшення умов агломерації і якості готової продукції.

Скляний бій використовують як добавку до керамічних мас для підвищення міцності та морозостійкості готових виробів, а також збільшення продуктивності випалювальних печей.

Таким чином, використання техногенної сировини у виробництві керамічних виробів сприяє удосконаленню технологічних процесів, зменшенню енерговитрат, підвищенню якості готової продукції, а також вирішенню задач створення безвідходних технологій і охорони довкілля.

8. Довговічність кераміки та способи її підвищення

За умов якісного виготовлення і правильної експлуатації будівель кераміка є довговічним матеріалом, який може експлуатуватися десятиріччями і навіть століттями. Однак із часом, під дією атмосферних факторів, агресивного середовища і механічного навантаження керамічні вироби можуть втрачати свої властивості і руйнуватися. Залежно від умов експлуатації довговічність кераміки оцінюють за багатьма чинниками, наприклад, для стінових матеріалів (цегла, порожнисті камені, фасадна плитка, черепиця) таким чинником є морозостійкість. Основними факторами, що визначають морозостійкість керамічних виробів є мінералогічний та хімічний склад глинистої сировини, якість її переробки, формування та випалювання, мікро- та макроструктура черепка, структура пор та їхні розміри.

Відомо, що зі збільшенням частки закритих пор, морозостійкість керамічних виробів підвищується. Підвищення морозостійкості керамічних виробів досягається деякими технологічними прийомами: введенням добавки подрібненого вугілля (1...3%), подвійною переробкою і вилежуванням сировини, вакуумуванням керамічної маси, обмеженням вмісту мергелистої глини. Покриття виробів глазурами та ангобами також підвищує їхню морозостійкість.

Головним показником довговічності керамічних виробів, що експлуатуються в агресивному середовищі (каналізаційні труби, санітарно-технічні вироби), є хімічна стійкість. Зазвичай її визначають за здатністю виробів протистояти дії розчинів кислот і лугів. Усі види керамічних матеріалів, особливо щільної структури, мають високу кислотостійкість. Звичайна керамічна цегла з істинною пористістю 30...40% менш стійка проти дії водних розчинів лугів, які при взаємодії з глиноземом утворюють легкорозчинні солі, що вимиваються водою. Кристалогідрати, які утворюються у цеглі з розчинів солей (особливо сульфатів натрію та магнію), також сприяють її руйнуванню. Навіть саме зволоження цегли, незалежно від хімічних процесів, негативно впливає на її довговічність, знижуючи міцність та морозостійкість. Ось чому дії фізичної та хімічної корозії підлягають конструкції, що систематично зволожуються водою: фундаменти, цоколі, стіни вологих приміщень. Фізична корозія активніше виявляє себе у зимовий період (внаслідок циклічного заморожування та відтавання води в порах матеріалу), а хімічна - в теплий період.

Керамічні плитки, завдяки високому вмісту алюмосилікатів, є стійкими до дії усіх органічних і мінеральних кислот (крім плавикової). Їхня лугостійкість залежить від хіміко-мінералогічного складу та щільності структури. Плитки зі щільним черепком є досить лугостійкими, а з підвищеною пористістю можуть руйнуватися під дією лужних розчинів. Хімічне руйнування пористого черепка відбувається внаслідок проникнення агресивного середовища в товщу матеріалу, тоді як шар глазурі (поливи) руйнується з поверхні внаслідок розчинення гомогенної твердої речовини (глазурі) у рідині (агресивному розчині). При дії розчинів кислот на поверхні керамічних виробів утворюється захисний шар силікатної кислоти. Хімічна стійкість глазурі визначається кількістю лужних та лужноземельних оксидів та відношенням SiO₂:Al₂O₃ у її складі. Вона залежить також від мінералогічного та фазового складу матеріалу, його пористості, структури і текстури, вмісту та форми муліту.

Найбільш агресивними для керамічних виробів є розчини Н₂SO₄ та NaOH (особливо концентрації 20% та вище). Сульфатна (сірчана) кислота розчинює силікатні складові керамічного каменю, утворюючи сульфати алюмінію та феруму з виділенням вільного оксиду силіцію. Дія соляної та нітратної кислот на керамічні вироби удвічі слабша порівняно з сульфатною.

Особливістю хімічно стійкої кераміки є щільний спіклий черепок, в якому переважають нерозчинні або важкорозчинні оксиди силіцію та алюмосилікати. Зі збільшенням вмісту в складі випаленої кераміки муліту підвищується її здатність протистояти тривалому впливу лугів та кислот.

9. Визначення технічних характеристик керамічних матеріалів

Технічні властивості керамічних матеріалів визначають з урахуванням їхнього призначення та умов експлуатації.

Основними з них є: точність геометричних розмірів, показники зовнішнього вигляду і наявність зовнішніх дефектів, міцність, водопоглинання, водонепроникність, морозостійкість, стираність, термостійкість, теплопровідність та ін.

Точність геометричних розмірів перевіряють вимірювальним інструментом (лінійкою, штангенциркулем, шаблоном, кутником, лекалом), порівнюючи результати вимірювань з допустимими відхиленнями від стандартних розмірів.

Показники зовнішнього вигляду і наявність зовнішніх дефектів визначають візуально, а також за допомогою вимірювальних інструментів.

При визначенні якості стінових керамічних виробів, крім показників зовнішнього вигляду, важливими технічними характеристиками є марка, водопоглинання і морозостійкість. Марку визначають за величинами границі міцності при стиску і згині випробуваних зразків, кількість яких становить не менше 5.

Границю міцності при стиску і згині визначають з використанням гідравлічного преса за схемами і розрахунковими формулами, наведеними у табл. 1.8 та 1.10. При цьому випробування керамічної цегли на згин виконують на натурних зразках, а міцність при стиску визначають на зразках, що складаються з двох цілих цеглин або з двох половинок. Марку керамічних порожнистих каменів визначають тільки за результатами випробування на стиск.

Водопоглинання стінових виробів визначають за масою, користуючись формулою 1.13. Для цього три натурних зразки насичують водою при температурі (205)^оС протягом 48 годин або кип'ятять у воді протягом 4 годин, а потім висушують до постійної маси при температурі 105…110^оС. Водопоглинання визначають як середнє арифметичне результатів випробування трьох зразків.

Морозостійкість стінових виробів визначають за методикою, наведеною у розділі 1.6. Для випробувань використовують цілі вироби (5 зразків). Через кожні 5 циклів (для марок F15, F25) або 10 циклів (для марок F35, F50) виконують візуальний огляд зразків. Вони вважаються такими, що витримали випробування, якщо після потрібної кількості циклів заморожування і відтавання відсутні будь-які руйнування та видимі пошкодження на поверхнях (розшарування, лущення, викришування, відшарування декоративного покриття).

Основними показниками якості керамічних плиток (залежно від їх призначення), крім зовнішнього вигляду і точності геометричних розмірів, є водопоглинання, міцність, морозостійкість, зносостійкість, стійкість і твердість глазурі тощо (ДСТУ Б В.2.7 - 118 - 2002).

Водопоглинання плиток визначають за результатами випробування п'яти зразків, які насичують водою у вакуумній камері протягом 60 с або кип'ятінням у воді потягом 1 год. Водопоглинная розраховують за фрмулою 1.13, наведеною у розділі 1.6.1.

Міцність плиток при згині визначають за результатами випробувань п'яти зразків за схемою, наведеною у табл. 1.10 (розділ 1.6.), з прикладанням навантаження по середині прогону. Границю міцності при згині розраховують за формулою 1.39 (розділ 1.6.2).

Термічну стійкість плиток визначають за результатами нагрівання зразків у сушильній шафі при температурі 100…150^оС протягом 10…60 хв (залежно від призначення плитки) та наступного охолодження їх у воді з температурою 15…20^оС. Плитку вважають термостійкою, якщо після такого випробування вона не матиме пошкоджень.

Морозостійкість плиток (фасадних та для підлог у лоджіях і на балконах) визначають за методикою, наведеною у розділі 1.6.1. При цьому водонасичення зразків виконують витримуванням у воді протягом 48 годин або кип'ятінням у воді протягом 1 години. Зразки вважають морозостійкими, якщо при огляді після випробувань не виявлено пошкоджень.

Хімічну стійкість плиток визначають за результатами випробувань на кислото- та лугостійкість (у 70%-му розчині H₂SO₄ та 1%-му NaOH). Хімічну стійкість виражають у процентах втрати маси зразків після відповідних випробувань.

Твердість лицьової поверхні плиток визначають за допомогою шкали Мооса. Для окремого зразка вона відповідає твердості того мінералу, який був попереднім відносно того мінералу, що пошкодив поверхню зразка. Твердість лицьової поверхні партії плиток визначається за найменшим значенням твердості лицьової поверхні випробуваних зразків.

Зносостійкість неглазурованих плиток для підлог оцінюють за показником стираності. Для цього зразки плитки з розмірами сторін (701) мм або (501) мм) випробовують на крузі стирання з використанням як абразиву кварцового піску. Зносостійкість характеризують величиною втрати маси плиток після випробування (г/см²).

Зносостійкість глазурованих плиток визначають за результатами випробування 8 зразків на крузі стирання, що обертається з частотою 300 об/хв. Як абразив використовують суміш сталевих кульок, штучного корунду і води. За кількістю циклів до появи першого пошкодження або зміни поверхні визначають ступінь зносостійкості, а саме: 1 - 1 цикл (150 обертів); 2 - 2…4 цикли (300…600 обертів); 3 - 5…7 циклів (900…1500 обертів); 4 - 8 циклів (більше 1500 обертів).

Основними показниками якості санітарно-технічних виробів є: точність геометричних розмірів, якість поверхні, водопоглинання, міцність, термічна стійкість, хімічна стійкість глазурі.

Розміри перевіряють лекалами, шаблонами, кутниками, калібрами з похибками: лінійних розмірів - до 1 мм, кутових - до 1^о. Якість поверхні перевіряють візуально з відстані 1 м. Колір санітарно-технічних виробів повинен відповідати еталону. Залежно від показників зовнішнього вигляду визначають сорт виробів - від першого до третього.

Водопоглинання визначають методом кип'ятіння (протягом 3 год) або вакуумування при тиску (270010) Па протягом(301) хв зразків площею не менше 25 см², випиляних з готових виробів. Водопоглинання визначають за результатами випробування трьох дослідних зразків, користуючись формулою 1.13.

Механічну міцність визначають на цілих виробах, прикладаючи до них нормативне навантаження (наприклад, для умивальників 1,5 кН (150 кгс), для унітазів - 2,0 кН (200 кгс) тощо. Якщо після цього вироби не мають пошкоджень, то вважають їхню міцність задовільною.

Термічну стійкість виробів визначають витримуючи почергово по 15 хв зразки виробів у воді з температурою не менше 85^оС, а потім у воді з температурою (173)^оС. Вироби вважають такими, що витримали випробування, якщо після трьох таких циклів вони не матимуть тріщин, відколів та інших пошкоджень.

Термічну стійкість глазурі визначають на цілих плитках за результатами нагрівання їх у сушильній шафі при температурі 150^оС (для білоглазурованих) або 125^оС (для всіх інших) плиток протягом 30 хв. Плитки вважають термічно стійкими, якщо після випробування відсутні пошкодження глазурованої поверхні.

Спеціальними випробуваннями перевіряють функціональні властивості санітарно-технічних виробів.

Хімічну стійкість глазурі визначають на зразках площею не менше 25 см², виготовлених з цілих виробів. Випробування полягає у витримуванні зразків протягом 24 год у 10%-му розчині HCl, NaOH при кімнатній температурі або протягом 30 хв в 1%-му розчині пірофосфату натрію при температурі (605)^оС. Після випробувань зразки не повинні мати пошкоджень.

При випробуванні черепиці визначають точність її розмірів, колір, наявність зовнішніх дефектів, міцність на злом, водонепроникність та морозостійкість.

Зовнішні дефекти визначають візуально, розміри і відхилення від них - вимірювальним інструментом.

Міцність черепиці на злом визначають за схемою випробувань на згин (табл. 1.10), прикладаючи зосереджене навантаження по середині лінії між опорами. Черепиця повинна витримати без руйнування зосереджене навантаження не менше, Н: 1500 - для s-подібної черепиці, 900 - для пазової штампованої, марсельської та голландської, 800 - для решти типів. За результат випробувань беруть середнє арифметичне значень руйнівних навантажень 5 зразків.

Для визначення водонепроникності зразок черепиці укладають на опори лицьовою поверхнею догори і встановлюють на неї циліндричну прозору трубку діаметром 25 мм і висотою 200 мм, яку заповнюють водою до висоти 150 мм і весь час підтримують цей рівень поступовим доливанням води. Через 3 години оглядають нижню поверхню зразка і встановлюють наявність або відсутність на ній крапель води. Черепицю вважають такою, що витримала випробування, якщо на її зворотному боці відсутні краплі просоченої води.

Морозостійкість черепиці визначають за методикою, наведеною в розділі 1.6. Якщо після 25 циклів заморожування і відтавання жоден з п'яти випробуваних зразків не матиме ознак руйнування (розшарування, викришування), партія черепиці вважається морозостійкою.

Висновок

Отже зробивши курсову роботу метою якої було: дослідити асортимент керамічних виробів, фактори які впливають власне на якість та і навіть на асортимент, тому що, чим якісніше вихідний продукт тим більше буде і асортимент продукції.

Моя пропозиція: внесення додаткових інвеститий для закупівлі сучасного обладнення, що значно підвищить якість, конкурентно-спроможність та розширить асортимент відчизняної продукції.

Як глинисту сировину використовують глини, суглинки, глинисті сланці, аргіліти, леси. Можуть бути застосовані також інші види мінеральної сировини, в тому числі діатоміти, трепели, кварцити, магнезити, боксити, хромисті залізняки, та деякі промислові відходи (наприклад, відходи вуглевидобутку й вуглезбагачення). Для одержання технічної (спеціальної) кераміки використовують чисті оксиди алюмінію, кальцію, магнію, діоксиди цирконію, торію тощо. Таку кераміку застосовують, наприклад, в радіо- та космічній техніці.

Довговічність і простота виготовлення керамічних матеріалів забезпечили їм одне з перших місць серед інших будівельних матеріалів. Випуск керамічної цегли становить майже половину обсягу виробництва всіх стінових матеріалів. Керамічні облицювальні плитки й досі лишаються основними матеріалами для опорядження санітарних вузлів та багатьох інших приміщень. Не втратили свого значення й керамічні матеріали для зовнішнього облицювання будівель. Висока міцність, універсальність властивостей і широкий асортимент дають змогу використовувати керамічні вироби у найрізноманітніших конструкціях будівель і споруд: для теплових агрегатів, як облицювальні матеріали для підлог і стін; для мереж каналізації, як легкі пористі заповнювачі для бетонних і залізобетонних виробів тощо.

Поряд з позитивними якостями керамічні вироби мають і деякі недоліки, а саме: крихкість; крім того, їх виробництво є досить енергоємним і потребує використання спеціального сушильного та випалювального обладнання.

Література

1. Мороз И.И. Технология строительной керамики: Учеб. пособие для вузов. - К.: Вища шк., 1980. - 384 с.

2. Чаус К.В. и др. Технология производства строительных материалов, изделий и конструкций: Учебник для вузов. - М.: Стройиздат, 1988. - 448 с.

3. Дворкин Л.И., Пашков И.А. Строительные материалы из отходов промышленности. - К.: Вища шк., 1989. - 208 с.

4. Волкова Ф.Н. Общая технология керамических изделий. Учеб. пособие, М.: Стройиздат, 1989.- 80 с.

5. Крупа А.А., Городов В.С. Химическая технология керамических материалов: Учеб. пособие - К.: Вища шк., 1990. - 399 с.

6. Комплексное использование минерального сырья и попутных продуктов при производстве строительных материалов: Сб. науч. тр. /Отв. ред. П.В. Кривенко. - К.: УМК ВО, 1991. - 192 с.

7. Дворкін Л.Й. Опоряджувальні матеріали і вироби. Довідник. К., Вища шк., 1993.- 325 с.

8. Рунова Р.Ф, Шейніч Л.О., Гелевера А.Г., Гоц В.І. Основи виробництва стінових та оздоблювальних матеріалів: Підручник. - К.; КНУБА, 2001. - 354 с.