Строительство. Стройматериалы

Строительные материалы и изделия

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Керамическими называют материалы и изделия, получаемые из глиняных масс или из их смесей с минеральными добавками путем формования, сушки и обжига при температуре 900... 1300 °С. В результате обжига глиняная масса превращается в искусственный камень, обладающий высокой прочностью и плотностью, водостойкостью, водонепроницаемостью, морозостойкостью и долговечностью.

Керамическое производство возникло в глубокой древности, когда люди научились делать из пластичной глины сосуды различной формы и, обжигая их, получать во до- и огнестойкую посуду. Затем стали изготовлять кирпич, керамические трубы, изразцы (четырехугольные разноцветные плиты) и другие керамические изделия. Обожженный глиняный кирпич - один из древнейших строительных материалов. В Киевской Руси кирпич начали изготовлять в конце X в. для строительства укреплений и храмов. Затем стали применять глазурованные расписные изразцы для облицовки наружных стен и полов.

Современная промышленность строительных материалов выпускает широкий ассортимент керамических материалов и изделий, позволяющий использовать их во всех частях зданий и сооружений - от фундамента до кровли. В зависимости от назначения керамические материалы и изделия можно разделить на следующие группы:

•          стеновые материалы и изделия - кирпич рядовой пластического формования и полусухого прессования, кирпич и плиты пустотелые и пористопустотелые, камни пустотелые пластического формования, кирпич строительный легкий;

•          отделочные материалы - кирпич и камни лицевые, плитки для полов, внутренней облицовки стен и фасадные;

•          кирпич и камни строительные керамические специального назначения - камни пустотелые ненесущие и несущие, камни для канализационных сооружений, кирпич для дорожных одежд, изделия керамические кислотоупорные;

•          кровельные материалы - черепица ленточная, штампованная, коньковая и специальной формы;

•          теплоизоляционные материалы и заполнители для легких бетонов - керамзитовый гравий, пустотелый гравий, аглопорит, керамоперлит и др.;

•          изделия и материалы различного назначения - трубы, санитарно-технические изделия, огнеупорные материалы, электроизоляционные изделия, фасонные строительные изделия и др.

Все керамические материалы и изделия по структуре черепка подразделяют на пористые (водопоглощение по массе - более 5 % (обычно 10...20 %) - стеновые, кровельные материалы) и плотные (водопоглощение - менее 5 % - плитки для полов, фарфор и др.).

Сырьевые материалы для производства керамических изделий делят на две группы: пластичные (глинистые) и непластичные (отощающие добавки и плавни).

Глина представляет продукт разложения и выветривания полевошпатных и некоторых других пород. При химическом взаимодействии пород, например полевого шпата R20 • А1203 • 6Si02 с углекислым газом и водой, полевошпатные породы постепенно превращаются в глинистые

R20 - А1203  6Si02 + С02 +2Н20 = А1203 • 2Si02 • 2Н20 + + R2C03 + 4Si02.

Глинистые минералы - рыхлая смесь мельчайших частиц (менее 0,005 мм) водных алюмосиликатов различного состава, способных хорошо адсорбировать (поглощать и удерживать) влагу на своей поверхности. К ним относят: каолинит А1203 • 2Si02 • 2Н20, монтмориллонит А1203 • 4Si02 • 2Н20, гол-луазит А1203 • 2Si02 • 4Н20 и гидрослюды.

Чистые глины, состоящие из каолинита, называют каолинами. После обжига они сохраняют белый цвет. Это - первичные глины. В природе они встречаются довольно редко и применяются для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий. Кроме глинистых минералов в глинах содержатся более крупные частицы: пыль размером 0,005...0,15 мм, песок размером 0,15...5 мм и обломки горных пород. Последние ухудшают технологичсские свойства глин. Карбонатные включения (доломит и кальцит) при недостаточном измельчении после обжига вызывают разрушение изделий. В Беларуси чистых каолиновых глин нет, большинство глин - полиминеральные, состоящие из водных алюмосиликатов глинозема.

Глинистые минералы придают глине характерные свойства: при увлажнении глина набухает и делается пластичной; при сушке мокрой глины объем ее уменьшается (происходит усадка) и глина превращается в камневидное тело. Переход глины из пластичного состояния в камневидное обратимый: при повторном увлажнении глина вновь размокает.

Чем больше в глине содержится частиц глинистых минералов, тем больше воды она способна удерживать, больше набухает, но медленнее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называются «жирными». Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, легко сушатся, но их пластичность снижается. Данные глины называются «тощими».

Для производства керамических изделий нужна смесь, которая хорошо формуется и достаточно быстро сохнет. Смесь с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину отощающие добавки, кварцевый песок, золу ТЭС, шамот (глина, обожженная при температуре 900... 1400 °С и потерявшая пластические свойства), измельченный бой готовых изделий.

Способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При обжиге протекают химические и физико-химические процессы (удаление кристаллизационной воды, частичное разложение безводной глины на оксиды и образование новых водостойких и тугоплавких соединений), приводящие к изменению структуры глины. Частицы обезвоженной и видоизмененной глины спекаются, не переходя при этом полностью в расплавленное состояние. Спекание происходит за счет плавления легкоплавких примесей. Этот расплав склеивает, цементирует всю массу.

Для улучшения спекания керамического черепка при обжиге, снижения температуры обжига изделий вводят флюсы или плавни (стеклобой, полевые шпаты, вулканические породы, нефелиновые концентраты).

Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки - древесные опилки, угольную мелочь, торфяную пыль, полистирольный бисер и др. Используют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, - мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Эти добавки обладают также свойствами отощающих добавок.