Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Основы строительного дела

Строительство и ремонт

§ 3.1. Общие сведения

Керамическими называются искусственные каменные материалы и изделия, получаемые из глин и их смесей с минеральными добавками путем их формования, сушки, обжига. Сырьем для керамических материалов служат различные глины.

Глины — это осадочные горные породы, состоящие в основном из глинообразующих минералов и примесей, из одного (мономинеральные глины) или нескольких минералов (полиминеральные глины). Глинообразующие минералы являются водными алюмосиликатами, общая формула которых пАЬОзтеБЮг • рНгО, где коэффициенты п, т, р зависят от вида глинообразующего материала.

В зависимости от преобладающего содержания глинистых минералов глины называют каолинитовыми, монтмориллонитовыми, гидрослюдистыми (иллитовыми) и т.п. Глины белого цвета, состоящие преимущественно из каолинита, называют каолинами. Кроме глинообразующих минералов присутствуют примеси: кварцевый песок, карбонатные, железистые, органические, растворимые соли.

По зерновому составу глины характеризуются значительным содержанием глинистого вещества (частиц мельче 0,005 мм) и делятся на высокодисперсные, дисперсные и губкодисперсные. В керамической промышленности по применению различают глины клинкерные, кирпичные, черепичные и т.д.

Свойства глин определяются соотношением, видом и дисперсностью глинистых минералов и примесей. Наиболее важными свойствами глин являются пластичность, воздушная усадка (дообжиговые свойства), огнеупорность, спекание и огневая усадка (обжиговые свойства).

Пластичность глин — способность глиняного теста изменять форму без разрыва и нарушения сплошности под действием внешних усилий и сохранять приданную форму после прекращения их действия. Пластичными свойствами каждая глина обладает в определенном диапазоне влажности. Пластичность зависит от вида и количества глинообразующих минералов в глине.

Наибольшей пластичностью обладают монтмориллонитовые глины. Повышение дисперсности глин увеличивает их пластичность, а запесоченность, наоборот, снижает ее. Пластичность глин может быть повышена добавлениями пластичных добавок или отмучиванием песчаных частиц. Снижают пластичность введением непластичных дйбавок.

Воздушная усадка — уменьшение объема образца при его сушке. При затворении глин водой происходит набухание, т.е. увеличение объема. Удаление из глин воды сопровождается воздушной усадкой в результате действия капиллярных сил. Величина относительной воздушной усадки может быть 2...10 % и более. Наибольшей усадкой обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей — каолинитовые.

Огнеупорность — способность     глин,     не     расплавляясь,     выдерживать действие высоких температур. По огнеупорности глины делят на три класса: огнеупорные — с огнеупорностью выше  1580 °С, тугоплавкие — 1580...1350, легкоплавкие — ниже 1350 °С. !      Способность   глин   при   обжиге   уплотняться   с   образованием ' камнепрдобного   материала   называется   спекаемостью.   В  процессе спекания  масса  уплотняется,   вследствие  чего  происходит  огневая усадка, которая у глин колеблется от 2 до 8 %.

Для регулирования свойств глиняной массы вводят отощающие добавки, которые уменьшают огневую и воздушную усадку. В качестве отощающих добавок применяют кварцевый песок (для стеновых изделий размером 0,2...2 мм), молотый шлак, отходы керамзитового и аглопоритового производства, золу до 10...25 %. Более качественными отощающими добавками являются молотая дегидратированная глина (прошедшая термообработку при 700...750 °С), шамот (измельченная, специально обожженная глина при температуре, равной температуре обжига изделия), измельченный бой обожженных изделий. Их вводят в количестве до 40 %.

Порообразующие, или выгорающие, добавки применяют для уменьшения средней плотности стеновой керамики и сокращения расхода полноценного топлива; на этапе сушки они выполняют роль отощающих добавок. В качестве выгорающих добавок применяют древесные опилки (8...25 %), молотый антрацит, кокс, бурые угли, тощие каменные угли (2...2,5 %), золы ТЭЦ до 15 % и др.

Плавни-добавки в смеси с глинистым, веществом дают легкоплавкие соединения и снижают температуру обжига изделий. В качестве  плавней  используют  измельченные  полевые  шпаты,   нефелиновые сиениты, пегматиты, перлиты, молотое легкоплавкое стекло, шлаки, фосфаты натрия и кальция и др.

Пластифицирующие добавки увеличивают пластичность и связанность глин. К таким добавкам относят высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества — отходы целлюлозной промышленности, синтетических жирных кислот и др.

Керамические материалы и изделия объединяют в группы по назначению и свойствам, по основному используемому сырью или его фазовому составу. По назначению строительные керамические материалы и изделия классифицируются на стеновые материалы, пустотелые изделия для перекрытий, облицовочные материалы для наружной и внутренней отделки зданий, кровельные материалы, трубы, огнеупорные материалы, заполнители для легких бетонов, санитарно-технические изделия, специальные изделия.

§ 3.2. Производство керамических материалов

Технология производства керамических изделий состоит из следующих операций: добычи исходных сырьевых материалов, подготовки глиняных масс к формованию, формования изделий (сырца), их сушки и обжига.

Добывают глину в карьерах при разработке экскаваторами открытым способом. Вид доставки глины на керамические предприятия зависит от расстояния от карьера до завода. Доставку осуществляют автосамосвалами и железнодорожным транспортом; при небольшой удаленности карьера глину транспортируют вагонетками и ленточными конвейерами.

Подготовка к формованию глин включает операции по разрушению природной структуры глины, по измельчению или удалению крупных частиц, например гравия или щебня, по смешиванию глины с водой и отощающими добавками, снижающими линейные и объемные деформации отформованных изделий в процессе их сушки и обжига. В качестве таких добавок используют кварцевый песок, молотые доменные шлаки, золу, древесные опилки.

Формование керамических изделий осуществляют полусухим или пластическим способом. При полусухом способе формования глина вначале дробится в дробильных вальцах и подсушивается в сушильных барабанах до влажности 5...8 %. Высушенная глина измельчается в дезинтеграторах и подается в смеситель (глинос-меситель), где она увлажняется до 10... 12 %. Однородная глиняная масса поступает в специальные прессы, где из нее формуют изделия с удельным усилием прессования 10...15 МПа. При пластическом способе формования (мокром) глина также вначале дробится, а затем подается в глиносмеситель, в котором перемешивается с отощающими добавками и водой.  Увлажнение глины происходит до 20...25  %.

При пластическом способе формование керамических изделий осуществляется на ленточных прессах. Если при полусухом способе производства керамические изделия после формования сразу поступают на обжиг, то при пластическом перед обжигом изделия сначала высушивают для предотвращения их растрескивания в процессе обжига. Сушку отформованных изделий (сырца) осуществляют в сушильных камерах периодического действия или тоннельных сушилках непрерывного действия. Сушат изделия до влажности 8...12 %. Завершающей стадией производства керамических материалов и изделий является обжиг по специальным режимам.

Обжиг изделий — наиболее ответственный и завершающий этап в производстве керамических изделий. Весь процесс обжига условно можно разделить на три периода: 1) досушка и нагрев до конечной температуры обжига; 2) выдержка при этой температуре; 3) охлаждение. В начале нагревания при температуре 100... 120 °С удаляется физически связанная вода, а в температурном интервале 450...650 С — химически связанная вода. При дальнейшем повышении температуры обжига часть материала в изделиях расплывается, в результате чего происходит спекание массы и образуется ке-рамический черепок при 800... 1000 °С у легкоплавких глин и при 1150...1200 °С у тугоплавких.

После обжига изделия охлаждают. Процесс охлаждения весьма ответствен; нельзя допускать резкой смены температуры, влекущей за собой образование трещин. В начальной стадии температуру снижают медленно и лишь после достижения 650 °С процесс охлаждения можно ускорить. После охлаждения изделий производится их сортировка, приемка ОТК и укладка в ящики или , на поддоны.

§ 3.3. Стеновые керамические материалы

К стеновым керамическим материалам относятся: кирпич обыкновенный, кирпич утолщенный, кирпич модульных размеров, камни, стеновые блоки и панели. К этим материалам предъявляются требования в отношении прочности, средней плотности, теплопроводности, морозо- и водостойкости.

Керамический кирпич. ГОСТ 530-80 предусматривает выпуск обыкновенного кирпича размером 250x120x65 мм и модульного кирпича размером 250x120x88 мм. По пределу прочности при сжатии и изгибе, МПа, кирпич делят на восемь марок (табл. 3.1).

В качестве сырья для изготовления кирпича применяют легкоплавкие глины, имеющие в своем составе до 75 % кремнезема, и суглинки с отощающими добавками или без них. Производство керамического кирпича осуществляется двумя способами — пластическим и полусухим. Кирпич должен быть нормально обожжен.

Недожженный кирпич (алого цвета) имеет недостаточную прочность и долговечность, а пережженный (железняк) — повышенную массу, прочность и сравнительно высокую теплопроводность и часто искаженную форму. Кирпич керамический должен соответствовать требованиям ГОСТ 530-80 по внешнему виду, прочности, плотности, морозостойкости и водопоглощению.

Кирпич керамический применяется для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий, изготовления стеновых блоков и панелей, а также для кладки печей и дымовых труб лишь в тех зонах, где температура не превышает температуры обжига кирпича.

Пустотелые камни. Их изготовляют так же, как и керамический кирпич, способом пластического формования. Пустотелые камни имеют следующие размеры; мм: длина.— 250 и 288; ширина— 120, 138, 200 и 250; толщина — 138, 120, 80. Средняя плотность этих камней, высушенных до постоянной массы, 1300...1400 кг/м .

По пределу прочности при сжатии и изгибе стеновые камни делят на те же марки, что и кирпич. Применяют керамические стеновые камни для кладки стен и зданий различного назначения, перегородок и т.д. По сравнению с обыкновенным кирпичом толщина стен из пустотелых камней снижается до 25 %, а масса достигает 50 %.

Крупные стеновые кирпичные блоки и панели. В настоящее время в целях индустриализации строительства на кирпичных заводах выпускают крупные стеновые блоки и панели размером на комнату. Их изготовляют одно- и двухслойными. Двухслойные стеновые блоки и панели выполняют из кирпича, утеплителя (фибролита, арболита, минераловатных плит и др.) и отделочных слоев из цементно-песчаного раствора. Однослойные наружные стеновые конструкции изготовляют из пустотелых керамических камней. Для обеспечения прочности панели и блоки армируют стальными каркасами по периметру оконных проемов и панели. Монтируют панели с помощью грузоподъемных механизмов.

§ 3.4. Облицовочные керамические материалы

Облицовочные керамические материалы применяют для наружной и внуренней отделки зданий различного назначения. При наружной отделке отделывают фасады зданий. Керамические изделия для облицовки фасадов подразделяют на кирпич и камни лицевые, мелкие плитки, крупногабаритные плиты, ковровую керамику и фасонные детали для устройства карнизов, сливов, поясков, сандриков, тяг и т.д.  Фасадные керамические изделия укладывают одновременно  с кладкой стен.

Кирпич и камни керамические лицевые. Они отличаются точностью геометрических размеров и однородностью цвета. Для изготовления этих изделий применяют высококачественные глины. При подготовке сырьевой смеси к глинам добавляют отощающие добавки, а иногда специальные красители. Лицевой кирпич и камни изготовляют сплошными и пустотелыми, лицевую поверхность выполняют гладкой или рельефной. Для придания необходимого цвета их лицевые поверхности иногда покрывают глазурью или ангобом. Технология производства лицевого кирпича и лицевых камней аналогична производству керамического кирпича пластическим или полусухим способом.

Кирпич и камни керамические лицевые подразделяют на рядовые и профильные. Рядовые изделия применяют для облицовки гладких поверхностей стен, а профильные — для кладки карнизов, сандриков, тяг, поясков и др. Облицовочный кирпич имеет те же размеры, что и керамический, т.е. 250x120x65 мм, лицевые камни — 250x120x138 мм. Эти изделия выпускают марок 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, водопоглощением 6 %, морозостойкостью не менее 25. Остальные требования к физическим и механическим свойствам те же, что и для обыкновенного кирпича. Лицевые кирпичи и камни, укладываемые в стену здания вперевязку с обыкновенными, несут одинаковую с ними нагрузку.

Плиты и плитки фасадные. Плиты фасадные керамические применяют так же, как и лицевые кирпичи, и камни, для повышения долговечности наружных стен и придания им- красивого внешнего вида. Изготовляют их способом пластического формования, реже методом  полусухого  прессования  из  глиняных  масс,  содержащих

пониженное количество окислов железа. По пределу прочности при сжатии и изгибе фасадные плиты подразделяют на марки 75, 100 и 150. В соответствии с требованиями ГОСТа водопоглощение их 6...14 %, морозостойкость не менее 25 циклов.

Фасадные малогабаритные плиты. Наряду с крупногабаритными облицовочными керамическими плитами выпускают легкие облицовочные цветные и глазурованные плитки размерами от 46x21 до 296x102 мм, толщиной 4...10 мм. Их применяют в крупнопанельном домостроении для отделки наружных поверхностей стеновых панелей, а также для облицовки цоколей различного назначения. Плитки для облицовки цоколей имеют размеры 150x75 и 120x65 мм при толщине 7...8 мм, водопоглощение не более 6 % и морозостойкость не менее 25 циклов.

Ковровая керамика. Ковровая керамика представляет собой мелкоразмериые плитки различного цвета, глазурованные и негла-зурованные. Эти плитки непосредственно на заводах набирают в ковры и наклеивают на бумажную основу. Для лучшего сцепления с раствором или бетоном тыльную сторону плиток делают рифленой. Размеры плиток 48x48 и 22x22 мм, толщина 3...4 мм. Морозостойкость не менее 25 циклов замораживания и оттаивания, водопоглощение 6... 12 %. Изготовляют их методом полусухого прессования и методом литья. Применяют для облицовки крупных панелей и блоков в блочном и панельном домостроении, а также для облицовки стен вестибюлей и лестничных клеток зданий различного назначения.

Керамические изделия для внутренней отделки зданий. В зависимости от применяемого сырья их делят на майоликовые и фаянсовые. Фаянсовые плитки изготовляют из тугоплавких глин с добавкой кварцевого песка и плавней, веществ, понижающих температуру плавления, полевого шпата и известняка или мела. Они имеют белый или слабоокрашенный цвет. Лицевую поверхность их покрывают белой или цветной глазурью. Тыльную сторону плиток для лучшего сцепления с раствором делают рифленой. Государственным стандартом предусмотрен выпуск 50 типов' облицовочных плиток. Из них 15 типов — квадратные, 23 — прямоугольные, 12 — фаянсовые при толщине 5, 6 и 8 мм.

Майоликовые облицовочные плитки для внутренней облицовки изготовляют из легкоплавких глин с добавкой 20 % мела. Технология изготовления облицовочных плиток, как фаянсовых, так и майоликовых, заключается в следующем. Исходная сырьевая масса тщательно сортируется, дозируется и перемешивается. Формование плиток осуществляют в прессах, после формования их подвергают сушке и обжигу. После обжига их покрывают глазурью и обжигают вторично. Обожженные плитки сортируют по размерам, типу, сортам, цвету и т.д. К облицовочным плиткам предъявляются следующие требования: водопоглощение не более 6 %, они должны быть термически стойкими, иметь правильную геометрическую форму, четкие грани и углы без выбоин и трещин. Применяют плитки в помещениях, требующих повышенной чистоты, а также для облицовки санитарных узлов, кухонь и помещений с повышенной влажностью.

Плитки керамические для полов широко применяют в гражданском строительстве для устройства полов в помещениях с влажным режимом эксплуатации и повышенной интенсивностью движения (в санитарных узлах, кухнях, вестибюлях, коридорах, на предприятиях химической промышленности и т.д.). Полы из керамических плиток долговечны, гигиеничны, хорошо сопротивляются истиранию, легко

моются.

Отрицательным качеством этих полов является их высокая теплопроводность. В настоящее время керамические изделия для устройства полов делят на два вида: плитки керамические и плитки керамические мозаичные.

§ 3.5. Санитарно-технические керамические материалы

К санитарно-техническим изделиям из керамики относятся керамические трубы канализационные и дренажные, санитарные приборы (умывальники, унитазы, смывные бачки и др.).

Трубы керамические канализационные. Их изготовляют цилиндрической формы с раструбом на одном и резьбой на другом конце и безраструбные с соединительными муфтами. Сырьем для их производства служат тугоплавкие или огнеупорные глины (иногда с отощающими   добавками   в   виде   тонкомолотого   шамотного   или

кварцевого песка).

Технология изготовления канализационных керамических труб заключается в следующем. Глину сортируют, освобождают от каменных включении и подвергают грубому помолу. Затем ее подсушивают, измельчают на дезинтеграторах и просеивают. Одновременно на параллельной технологической линии готовят отощающие добавки. Приготовленные исходные сырьевые материалы дозируются по массе и подают в смеситель, туда же подают воду для увлажнения смеси до требуемой консистенции. Приготовленная формовочная смесь поступает в специальный трубный пресс. Отформованные трубы подвергают искусственной сушке, после чего покрывают снаружи и внутри глазурью и обжигают при температуре 1200... 1800 °С в туннельных или керамических печах. Затем изделия принимаются отделом технического контроля и транспортируются на склад готовой продукции.

Трубы керамические дренажные. Технология изготовления их та же, что и канализационных. В этих трубах предусматривается с одного конца раструб, а с другого — на внешней стороне резьба.

Внешнюю поверхность дренажных труб покрывают глазурью. Раструбные дренажные трубы по всему стволу имеют отверстия, через которые в трубы проникает вода.

Керамическая промышленность освоила производство дренажных труб без раструбов. Соединение их между собой осуществляют специальными муфтами. Такие трубы имеют высокую надежность при эксплуатации. Дренажные трубы выпускают диаметром 25...250 и длиной 333...500 мм с толщиной стенок трубы 8...24 мм.

Санитарно-технические приборы. Керамические санитарно-технические приборы изготовляют из фаянса, фарфора и полуфарфора. Фарфоровые санитарно-технические приборы представляют собой изделия тонкой спекшейся керамики, непроницаемой для воды и газа, обычно белого цвета. Они обладают высокой механической прочностью, термической и химической стойкостью. Получают их высокотемпературным обжигом тонкодисперсной смеси каолина, пластической глины, кварца и полевого шпата. С развитием техники и технологии их производства появились разновидности фарфора: глиноземный, циркониевый, борно-кальциевый, литиевый и др.

Фаянсовые санитарно-технические изделия представляют собой плотные мелкопористые (белые) изделия из керамики. Они отличаются от фарфоровых большей пористостью и водопоглощением (до 9...12 %), поэтому все фаянсовые изделия покрывают тонким сплошным водонепроницаемым слоем глазури.

По составу и свойствам фаянсовые изделия классифицируют на глиноземные, известковые, шамотные и полевошпатные. Наиболее распространены полевошпатные фаянсовые изделия, которые изготовляют из однородной смеси: 60...65 % пластичных материалов (каолина и глины), 30...36 % кварца, 3...5 % полевого шпата. Обжиг ведется в тоннельных печах с непосредственным обогревом. При изготовлении крупных санитарно-технических изделий применяют однократный обжиг, при котором одновременно протекают процессы спекания составных частей фаянсовой массы, плавления глазури и образования промежуточного слоя между пористым материалом и остеклованной глазурью. Фаянсовые санитарно-технические изделия используются значительно реже фарфоровых и полуфарфоровых. Полуфарфоровые изделия занимают промежуточное положение между фаянсом и фарфором.

Керамические санитарно-технические изделия из фарфора, полуфарфора и фаянса изготовляются по одинаковой технологии. Отличие, их заключается в степени спекания черепка и соотношениях исходных сырьевых материалов. В процессе изготовления исходные сырьевые материалы подвергают тщательному помолу, отмучиванию, просеиванию и др. Полученная смесь представляет собой сметано-

образную массу — шликер. Санитарно-технические изделия из керамики формуют в специальных гипсовых формах методом литья. После распалубливания изделия подсушивают, покрывают глазурью и подвергают обжигу.

§ 3.6. Прочие керамические изделия

Кровельная черепица. Этот вид изделий является одним из древних кровельных искусственных материалов, недорогой, долговечный, огнестойкий, имеет красивый внешний вид. Недостатком кровельной черепицы является ее относительно большая масса, низкая индустриальность и трудоемкость применения. По назначен и jo черепицу классифицируют на рядовую — для покрытия скатов крыш; коньковую — для покрытия коньков и ребер; разже-лобочную — для покрытия разжелобов; концевую (половинки, косяки) — для завершения рядов и специального назначения. По форме (профилю) черепицу подразделяют на штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и др. Для производства черепицы применяют жирные и пластичные глины. Технология производства черепицы практически не отличается от технологии изготовления обыкновенного керамического кирпича. Черепица должна иметь правильную геометрическую форму, гладкую поверхность и ровные края. Морозостойкость ее не менее 25 циклов. К ней также предъявляются требования по водонепроницаемости и прочности при изгибе. Черепицу применяют для устройства кровель зданий различного назначения.

Кирпич для дорожных покрытий (клинкер). Для мощения дорог и улиц, а также для устройства полов в промышленных зданиях, для облицовки набережных, футеровки резервуаров в химических производствах часто применяют клинкер. Сырьем для его производства являются высокопластичные тугоплавкие глины. Технология получения клинкера аналогична технологии получения обыкновенного глиняного кирпича с тем лишь отличием, что обжиг клинкера производится до полного спекания глины. По пределу прочности дорожный кирпич подразделяется на три марки: 1000, 700 и 400. Он обладает высокой морозостойкостью — до 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания, водопоглощение составляет 2...6 % в зависимости от его марки. Дорожный кирпич имеет размеры 220x110x65 или 220x110x75 м. Конструкции покрытий из клинкера долговечны и прочны.      .

Огнеупорные материалы. Огнеупорными называются керамические материалы с огнеупорностью не менее 1580 °С. Материалы, получаемые из огнеупорных глин, отощенных той же предварительно обожженной и измельченной глиной (шамотом), называются шамот-\ ными, а кирпич, изготовленный из такого сырья,— шамотным: Получают его полусухим и пластическим формованием с последующим обжигом до спекания. Шамотные огнеупорные изделия отличаются высокой термической стойкостью. Применяют их для кладки стен и сводов печей, обмуровки топок и т.д.

Керамические кислотоупорные изделия изготовляются из пластических глин, не содержащих в своем составе гипса, серного колчедана и других вредных примесей. К таким изделиям относятся кислотоупорный кирпич, кислотоупорные керамические плитки, трубы кислотоупорные и фасонные части к ним, различная аппаратура и ее детали- (сосуды, башни, . насосы, эксгаустеры, мельницы, сифоны). Кислотоупорные изделия отличаются высокой плотностью и прочностью, они выдерживают длительное воздействие кислот и щелочей. Кислотоупорные керамические изделия применяют для футеровки производственных резервуаров на химических заводах, для устройства полов в цехах с агрессивной средой. Керамическую кислотоупорную аппаратуру используют в химической, пищевой и других отраслях промышленности.

Большой удельный вес в керамической промышленности составляет производство из глин керамзита и аглопорита — заполнителей для легких бетонов. Эти заполнители применяют также при устройстве теплоизоляции перекрытий, покрытий и т.д.

Керамзит представляет собой ячеистый материал в виде гравия, щебня или песка. Сырьем для его производства служат легкоплавкие глины, содержащие от 6 до 12 % оксидов железа, от 2 до 3 % щелочных оксидов и до .3 % органических примесей. Формуют керамзит в дырчатых вальцах, барабанных грануляторах, а также в ленточных прессах, оборудованных перфорированной плитой. Полученный полуфабрикат керамзитового гравия обжигают во вращающихся печах. После обжига керамзит сортируют по фракциям и направляют в бункера-силосы.

Классифицируют керамзитовый гравий по средней плотности, по размерам зерен и по прочности при сжатии. Так. насыпная плотность керамзитового гравия (марка) 250... 1000 кг/м , размер 5...40 мм, предел прочности при сжатии 0,6...4,0 МПа.

Аглопорит представляет собой искусственный строительный материал (заполнитель для легкого бетона), получаемый термической обработкой методом агломерации шихты из глинистых пород с последующим дроблением и рассевом на фракции. Аглопорит производят в виде щебня или гравия зернами размером 6...40 мм. Аглопорит, как и керамзит, применяют в основном в качестве заполнителя для производства теплоизоляционных и конструкционных легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционных засыпок.