Строительная керамика

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине

«Материаловедение. Технология конструкционных материалов»

Общие сведения.

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, изготовляемые из глин или их смесей с минеральными добавками путем формования и последующего обжига. Материал (тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики называют керамическим черепком.

Глиной называют тонкодисперсную фракцию горных пород, состоящих из глинообразующих минералов (гидроалюмосиликатов) и примесей иных минералов, способную образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее после высыхания приданную ему форму и приобретающее после обжига твердость камня. Глина является продуктом механического разрушения (выветривания) и химического разложения некоторых магматических и метаморфических горных пород, содержащих в своем составе полевой шпат (граниты, сиениты, гнейсы и т. д.). В результате разложения полевого шпата образовался минерал каолинит Аl₂О₃∙2SiO₂∙3Н₂О. Однако горные породы кроме полевого шпата содержат и другие минералы (кварц, слюду и т.д.), поэтому при разрушении их получается сложная смесь, состоящая из частиц глины, кварца, слюды и других неразложившихся минералов. Химический состав глин включает глинозем – Аl₂О₃, кремнезем – SiO₂, оксид железа – Fе₂O₃, оксид кальция – СаО, оксид натрия – Na₂O, оксид магния – Мg₂О и оксид калия – К₂О. Изменения химического состава заметно отражаются на свойствах глин. Так, при повышенном содержании SiO₂, не связанного с Аl₂О₃ в глинистых минералах, уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Оксид кальция уменьшает огнеупорность, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что в свою очередь снижает прочность и морозостойкость изделий. Оксиды Na₂O и К₂O понижают температуру спекания глины. Цвет обожженного черепка зависит главным образом от содержания оксидов железа, которые окрашивают керамические изделия в красный или чаще в темно-коричневый цвет.

С целью придания необходимых свойств как глинам, так и изделиям из них в состав глиняного сырья вводят различные добавки.

Отощающие добавки добавляют к пластичным глинам для уменьшения воздушной и огневой усадки, а также для предотвращения деформаций и трещин в керамических изделиях. В качестве отощающих материалов используют кварцевые пески, дегидратированную глину, шамот, шлаки, золы и др. Деги-дратированную глину получают нагреванием обычной глины примерно до 600 ... 700 °С (при этой температуре она теряет свойство пластичности). Шамот изготовляют обжигом в основном огнеупорных или тугоплавких глин при 1000 ... 1400 °С с последующим их помолом. Кроме того, используют измельченный бой керамических изделий.

Флюсующие материалы (плавни), введенные в состав сырьевой массы, способствуют снижению температуры обжига изделий и повышению степени спекания массы. Плавни в процессе обжига вступают во взаимодействие с глинистым веществом и образуют более легкоплавкие соединения, чем чистая глина. В качестве плавней используют полевые шпаты, железную руду, стекловой доломит, магнезит, тальк, кристаллические сланцы и др.

Выгорающие добавки вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге изделий выгорают (древесные опилки, угольный порошок золы ТЭЦ и др.). Такие добавки одновременно являются и отощающими.

Обогащающие и пластифицирующие добавки (высокопластичные и бентонитовые глины, отходы при добыче угля, сульфитно-спиртовая барда и др.) вводят в глиняную смесь для обогащения малоглиноземного сырья, увеличения его пластичности, улучшения формовочных и сушильных свойств глин.

В современном строительстве керамические материалы и изделия используют для возведения стен зданий, облицовки полов, стен, фасадов, в сборном домостроении и для других целей.

По конструктивному назначению керамические материалы и изделия классифицируют на следующие виды: стеновые (кирпич, камни керамические, стеновые блоки и панели из кирпича); элементы перекрытий (пустотелые камни, балки, панели перекрытия из керамических камней); изделия для облицовки фасадов зданий (кирпич и камни керамические лицевые, фасадные плитки, ковровая керамика и др.); изделия для внутренней облицовки (глазурованные плитки и фасонные детали к ним, плитки для полов); кровельные изделия (глиняная черепица); трубы канализационные и дренажные; санитарно-технические (раковины, ванны, унитазы, смывные бачки и др.); кислотоупорные изделия (кирпич, плитки, трубы); дорожные (кирпич, камни); теплоизоляционные (пористо-пустотелые кирпичи и камни, перлитокерамика и др.); заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит); огнеупорные (кирпич и фасонные изделия).

По структуре черепка различают пористые и плотные керамические материалы. У пористых материалов черепок легко впитывает воду, водопоглощение по массе его более 5 %. К таким изделиям относят кирпич, пустотелые камни, плитки для внутренней облицовки стен и др. Плотные материалы имеют водопоглощение по массе не более 5%, не пропускают жидкости и газы. К изделиям этого вида относятся плитки для полов, кислотостойкий кирпич и др.