Будівельна кераміка. Виробництво цегли та
вогнетривів
Введення
Значення
промисловості будівельних матеріалів в нашій країні величезна - від рівня
виробництва їх цілком залежать темпи і якість будівельних робіт.
Головними
напрямками технічного прогресу промисловості будівельних матеріалів
є: створення нових та удосконалення існуючих технологічних
процесів, що забезпечують одержання продукції з мінімальними витратами
енергетичних, матеріальних і трудових ресурсів; отримання нових видів
будівельних матеріалів та виробів із заданими властивостями, що відповідають самим
високим вимогою будівництва; широке впровадження маловідходних і безвідходних
технологій, використання вторинних продуктів виробництва.
Різні
експлуатаційні умови будівель і споруд, параметри технологічних
процесів обумовлюють різноманітні вимоги до будівельних матеріалів, а
звідси випливає дуже велика номенклатура їх властивостей: міцність при
нормальної або високій температурі (остання характеризує жаро-або
вогнестійкість матеріалу), водостійкість, стійкість проти дії різних
солей, кислот і лугів, шлакостойкость (що має особливе значення в
металургійних процесах) і т.д. Не менш важлива в будівництві та техніці
проникність (або непроникність) матеріалів для рідин, газів тепла,
холоду, електричного та радіоактивного випромінювання. Нарешті матеріали для
оздоблення приміщень житлових та громадських будівель, садів і парків повинні бути
красивими, довговічними і міцними.
Найважливіші
властивості будівельних матеріалів визначають області їх застосування. Тільки
глибоке і всебічне знання властивостей матеріалів дозволяє раціонально і в
технічному, і в економічному відносинах вибрати матеріал для конкретних
умов використання.
Інший
важливим завданням є випереджальний розвиток промисловості будівельних
матеріалів, неухильне зниження собівартості і питомих капітальних вкладень.
Застосування
будівельних матеріалів далеко не обмежується використанням їх тільки для
будівництва. Без них не може існувати жодна область техніки.
Метою
даної курсової роботи є дослідження будівельної кераміки,
виробництва цегли і вогнетривів.
Для
реалізації даної мети нами були поставлені і вирішені наступні завдання:
Досліджувати
сутність будівельної кераміки;
Проаналізувати
особливості виробництва.
Структура
курсової роботи відповідає меті та завданням дослідження. Курсова робота
складається з вступу, трьох глав, висновку і списку літератури.
1. Сутність будівельної кераміки
1.1. Поняття
будівельної кераміки
[1]
керамічними
називають кам'яні вироби, одержувані з мінеральної сировини шляхом його формування
і випалення при високих температурах.
Термін
«Кераміка» походить (за П. П. Будникова) від слова «Керамейя», яким у
Древній Греції називали мистецтво виготовлення виробів з глини. І тепер в
керамічної технології використовують головним чином глини, але поряд з ними
застосовують і інші види мінеральної сировини, наприклад чисті оксиди (оксидна
технічна кераміка). Керамічні матеріали - найдавніші з усіх
штучного каменю. Черепки грубих горшкових виробів знаходять на
місці поселень, що відносяться до кам'яного віку. Вік керамічної цегли
як будівельного матеріалу більше 5000 років.
Велика
міцність, значна довговічність, декоративність багатьох видів кераміки, а
також поширеність в природі сировинних матеріалів зумовили широке
застосування керамічних матеріалів і виробів у будівництві. У довговічності
керамічних матеріалів можна переконатися на прикладі Московського Кремля, стіни
якого складені майже 500 років тому.
В
сучасному будівництві керамічні вироби застосовують майже у всіх
конструктивних елементах будівель, облицювальні матеріали використовують у збірному
житловому будівництві. Багатство естетичних можливостей кераміки забезпечили їй чільне
місце в обробці фасадів будівель і внутрішніх приміщень. Керамічні пористі заповнювачі
- Це основа легких бетонів. Санітарно-технічні вироби, а також посуд з
фарфору та фаянсу широко використовують у побуті. Спеціальна кераміка необхідна для
хімічної та металургійної промисловості (кислототривкі та вогнетривкі
вироби), електротехніки та радіоелектроніки (електроізолятори, напівпровідники і
ін) її застосовують у космічній техніці.
Керамічні
будівельні матеріали в залежності від їх структури поділяють на дві основні
групи: пористі і щільні. Пористі поглинають більше 5% води (за масою), в
середньому їх водопоглинання становить 8 - 20% по масі або 14 - 36% за обсягом.
Пористу структуру мають стінові, покрівельні та облицювальні матеріали, а так
ж стінки дренажних труб і т.д. Щільні поглинають менше 5% води, найчастіше 1 --
4% за масою або 2 - 8% за обсягом. Щільну структуру мають плитки для підлоги,
дорожня цегла, стінки каналізаційних труб та ін
За
призначенням керамічні матеріали й вироби поділяють на такі види: стінові
вироби (цегла, пустотілі камені і панелі з них); покрівельні вироби
(черепиця); елементи перекриттів; вироби для облицювання фасадів (лицьова цегла,
малогабаритні та інші плитки, складальні панно, архітектурно-художні
деталі); вироби для внутрішнього облицювання стін (глазуровані плитки та фасонні
деталі до них - карнизи, куточки, пояски); заповнювачі для легких бетонів
(керамзит, аглопорит); теплоізоляційні вироби (комірчаста кераміка);
санітарно-технічні вироби (умивальних столи, ванни, унітази); плитка для
підлоги; дорожній цегла; кислототривкі вироби; вогнетриви; вироби для підземних
комунікацій (каналізаційні та дренажні труби).
Наведена
класифікація показує широке поширення керамічних матеріалів і
виробів у будівництві.
1.2. Сировинні матеріали
сировинними
матеріалами для виробництва керамічних виробів є каоліни і глини,
застосовувані в чистому вигляді, а частіше - у суміші з добавками (охляв,
пороутворюючими, плавнями, пластифікаторами) Під каолінами і глинами розуміють
природні водні алюмосилікати з різними домішками, здатні при
замішуванні з водою утворювати пластичне тісто, яке після випалу
необоротно переходить в камнеподобное стан.
Каолін.
Каолін складаються майже винятково з мінералу Al2O3 2SiO2 2H2O і містять
значна кількість частинок менше 0,01 мм; після випалу зберігають білий
колір.
Глини
більш різноманітні по мінеральному складу, вони більше забруднені мінеральними і
органічними домішками. Глинисте речовина (з частинками менше 0,005 мм)
складається в основному з каолініту та споріднених йому мінералів - монтморіллоніта
Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазіта Al2O3 2SiO2 4H2O.
Зміст
таких часток визначає пластичність та інші властивості глин. Високопластична
глини містять частки розміром менше 0,005 мм 80 - 90%.
В
глинах можуть бути домішки знижують, температуру плавлення: карбонат кальцію,
польовий шпат, Fe (OH) 3, Fe2O3. Кам'яноподібний включення CaCO3 є причиною
появи «дутиками і тріщин в керамічних виробах, так як гідратація CaO,
отриманого при випаленні керамічних виробів, супроводжується збільшенням його
обсягу. Часто зустрічається домішка оксиду заліза надає глині звичну
червоне забарвлення. Взагалі ж забарвлення глин дуже різноманітні: від білої,
коричневою, зеленою, сірого до чорного. Забарвлення глин залежить від домішок як
мінерального, так і органічного походження багатих вуглецем.
бентоніту
називають високодисперсні глинисті породи з переважним вмістом
монтморіллоніта. Вміст у них частинок менше 0,001 мм досягає 85 - 90%.
Трепел
і діатоміти, що складаються в основному з аморфного кремнезему, використовують для
виготовлення теплоізоляційних виробів, будівельної цегли і каменів.
охляли
добавки вводяться в склад керамічної маси для зниження пластичності і
зменшення повітряної та вогневої усадки глин. Як охляли добавок
використовують шамот, дегідратірованной глину, пісок, золу ТЕС, гранульований
шлак.
Шамот
- Зернистий керамічний матеріал (із зернами 0,14 - 2 мм), що отримується
подрібненням глини, попередньо обпаленої при тій же температурі, при
якої обпалюються вироби. Його можна отримати, подрібнивши відходи обпаленої
цегли. Шамот покращує сушильні й випалювальні властивості глин, тому його
застосовують для одержання високоякісних виробів - лицьової цегли,
вогнетривів і т.д.
дегідратірованной
глина при температурі 700 - 750 ° С, що додається в кількості 30 - 50%,
покращує сушильні властивості сирцю і зовнішній вигляд цегли.
Пісок
(із зернами 0,5 - 2 мм) додають в кількості 10 - 25%.
Гранульований
доменний шлак (із зернами до 2 мм) - ефективний отощітель глин при виробництві
цегли. Ролі отощітелей виконують так само золи ТЕС і вигоряючими добавки.
Парообразующіе
матеріали вводять в сировинну масу для отримання легких керамічних виробів з
підвищеної пористістю і зниженою теплопровідністю. Для цього використовують
речовини, які при випаленні дисоціюють з виділенням газу, наприклад CO2
(мелені крейда, доломіт), або вигорають.
вигорає
добавки: деревна тирса, подрібнений буре вугілля, відходи вуглезбагачувальних
фабрик, золи ТЕС і лігнін не тільки підвищують пористість керамічних виробів,
але також сприяють рівномірному спікання керамічної черепка.
пластифікуючими
добавками є високопластична глини, бентоніти, а також
поверхнево-активні речовини - сульфітно-дріжджова брага і ін
Плавні
додають у глину в тих випадках, коли необхідно знизити температуру її
спікання. До них відносять: польові шпати, залізну руду, доломіт, магнезит, тальк
і т.п.
Для
додання декоративного вигляду і стійкості до зовнішніх впливів поверхню
деяких керамічних виробів покривають глазур'ю або ангобом. Шар глазурі,
нанесений на поверхню керамічного матеріалу, закріплюють на ній випаленням
при високій температурі. Глазурі --
це скла, які можуть бути прозорими і непрозорими (глухими),
різного кольору. Головними сировинними компонентами глазурі є: кварцовий
пісок, каолін, польовий шпат, солі лужних та лужноземельних металів, оксиди
свинцю, борна кислота, бура та ін Їх застосовують в сирому вигляді, або сплавлення
- У вигляді фритти. Оксид свинцю замінюють менш шкідливим оксидом стронцію.
Ангоб
готують з білої або кольорової глини і наносять тонким шаром на ще не обпалені
вироби. При випаленні АНГОБ не плавиться, тому поверхня виходить матовою.
Ангоб за своїми властивостями повинен бути близький до основного черепку.
1.3. Властивості глин як
сировини для керамічних виробів
1.3.1. Пластичність
Глина,
замішана у певній кількості води, утворює глиняне тісто, що володіє
зв'язність і пластичністю.
пластичністю
глини називають її властивість у вологому стані приймати під впливом зовнішнього
повітря бажану форму без утворення розривів і тріщин і зберігати отриману
форму при сушінні й випаленні.
Технічним
показником пластичності є число пластичності
Пл
= WT - WP
де
WT і WP - значення вологості, що відповідають межі текучості і межі
розкочування глиняного джгута,%.
Для
виробництва будівельних керамічних виробів звичайно застосовують помірно
пластичні глини з числом пластичності Пл = 7 - 15. Малопластічние глини з Пл
менше 7 погано формуються, а високопластична глини з Пл більше 15
розтріскуються при сушінні і вимагають отощенія.
що пов'язує
здатність глини проявляється у зв'язуванні зерен непластічних матеріалів
(піску, шамоту тощо), а також в освіті при висиханні досить міцного
вироби - сирцю. Цю здатність використовують при кладці печей, труб.
1.3.2.Отвердеваніе
глини при висиханні і усадка
Особливість
глиняного тіста - здатність тверднуть при висиханні на повітрі. Міцність висушеної
глини обумовлена дією ван дер Ваальсових сил і цементацією зерен
мінералів іонами домішок. Сили капілярного тиску стягують частинки глини,
перешкоджають їх роз'єднання, внаслідок цього відбувається повітряна усадка. При
насиченні водою меніски зникають, припиняється дія капілярних сил,
частинки вільно переміщуються в надлишку води, і глина розмокає.
Усадка
- Це зменшення лінійних розмірів і об'єму глиняного сирцю при його сушінні
(повітряна усадка) і випаленні (вогнева усадка) глин. Усадку виражають у відсотках
від початкового розміру вироби.
Для
різних глин лінійна повітряна усадка коливається від 2 - 3% до 10 - 12% в
залежно від вмісту тонких фракцій. Для зменшення усадочних напруг до
жирним глин додають отощітелі. Поверхнево-активні речовини (СБД тощо),
введені в глиняну масу в кількості 0,05 - 0,2%, поліпшують змочування
частинок глини водою, дозволяють скоротити формувальну вологість і знизити
повітряну усадку.
Вогнева
усадка виходить з-за того, що в процесі випалу легкоплавкі складові
глини розплавляються, і частки глини в місцях їх контакту зближуються. Вогнева
усадка може становити 2 - 8% залежно від виду глини.
Повна
усадка, що дорівнює сумі алгебраїчної повітряної та вогневої усадок, коливається від 5
до 18%. Відповідно збільшують розміри форм, щоб отримати готове
виріб необхідних форм.
1.3.3.Переход
глини при випаленні в кам'яноподібний стан
В
процесі високотемпературного випалу глина зазнає фізико-хімічні
зміни. Спочатку випаровується вільна вода, потім вигорають органічні
речовини. При температурі 700 - 800
