Тема 3. БУДІВЕЛЬНА КЕРАМІКА

1.     Загальні відомості.

2.     Сировина. Властивості глин, поняття про фізико-хімічні процеси, які відбуваються при сушінні та випалюванні глин.

3.     Класифікація керамічних виробів, їх виготовлення, властивості та застосування.

4.     Стінові керамічні матеріали. Оздоблювальні керамічні матеріали. Кераміка спеціального призначення.

Керамічні матеріали отримують з глинястих мас формуванням, сушінням, випалюванням. За структурою бувають пористими (черепок не спечений, водопоглинання 8…20% – стінові матеріали, дренажні труби) та щільними (черепок спечений, водопоглинання до 1…4% – плитки для підлог, дорожня цегла). За призначенням поділяються на:

·        стінові – цегла, блоки, керамічне каміння;

·        оздоблювальні – плити і плитки для стін, підлог, фасадів, цоколю;

·        покрівельні – черепиця;

·        заповнювачі для легких бетонів – керамзит, аглопорит;

·        сантехнічні вироби;

·        кислототривкі вироби – цегла, плити, труби;

·        дорожня цегла;

·        вогнетриви.

Сировиною для виготовлення кераміки є різні глинясті породи, які утворилися внаслідок вивітрювання вивержених польовошпатних гірських порід і є природними водними алюмосилікатами, які при змішуванні з водою утворюють в’язко-пластичне тісто, яке після випалювання необоротно переходить у каменеподібний стан.

Основні мінерали:

·        каолініт – Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O;

·        монтморилоніт – Al₂O₃ 4SiO₂ 11H₂O;

·        галуазит – Al₂O₃ 2SiO₂ 4H₂O.

У сировині можуть бути домішки, які суттєво впливають на властивості, це карбонати, оксиди заліза і кремнію, колоїдних органічних речовин. Для досягнення певних властивостей вводять спеціальні добавки:

·        спіснювальні (для зменшення пластичності та усадки при сушінні і випалювання) – шамот, дегідратована глина, кварцовий пісок, доменний шлак, попіл;

·        плавні (для зниження температури спікання та випалювання) – польовий шпат, залізна руда, доломіт, магнезит, тальк;

·        пороутворювальні – при випалюванні виділяють газ (магнезит, доломіт, крейда) або вигоряють (тирса, зола, подрібнене вугілля);

·        пластифікуючі (для покращення пластичності і формівності сировини) – високо пластичні бентонітові глини.

Для покращення декоративних властивостей, збільшення водостійкості керамічні вироби глазурують або покривають ангобом. Глазур наносять (у сирому вигляді або сплавлену у вигляді фрити) на поверхню виробу і випалюють до розплаву на поверхні. Компоненти глазурі – кварцовий пісок, каолін, польовий шпат, оксиди, солі лужних металів. Ангоб виготовляють з білої або кольорової глини, наносять на поверхню, випалюють (поверхня стає матова).

Властивості сировини

Пластичність – основна властивість глини, залежить від гранулометричного складу, характеризується числом пластичності (високо пластичні при Пл понад 25%, середньо пластичні при Пл = 15…25%, помірно пластичні Пл = 7…15%, мало пластичні Пл до 7%).

Усадка – зменшення розмірів в процесі сушіння (повітряна усадка – 2…12%) та випалювання (вогнева усадка – 2…8%).

Вогнетривкість глин: «О» – вогнетривкі понад 1580⁰С, «Т» – тугоплавкі 1350…1580⁰С, «Л» – легкоплавкі до 1350⁰С.

Перехід глини у каменеподібний стан (на прикладі каолініту Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O):

·        t > 100⁰C – випаровується вільна вода;

·        t > 300⁰C – вигоряють органічні речовини;

·        t > 450…600⁰C – виводиться хімічно зв’язана вода і утворюється безводний метакаолініт Al₂O₃ 2SiO₂ ;

·        t > 700…800⁰C – розклад на два оксиди Al₂O₃ та SiO₂ ;

·        t > 900⁰C – утворюється штучний мінерал – 3Al₂O₃ SiO₂ – муліт (глина стає каменем, тобто набуває водостійкості, міцності, термостійкості). Випалювання цегли завершене;

·        t > 1000⁰C – відбувається ущільнення і злипання черепка, водопоглинання такого матеріалу знижується до 4%;

·        t > 1200⁰C –глина на поверхні плавиться, виріб деформується.

Технологія виготовлення

Основні етапи:

1.     Видобування сировини – у кар’єрах, в основному відкритим способом – екскаваторами.

2.     Підготовка сировини – руйнування природної структури глин на дезінтеграторних вальцях, бігунах; введення добавок, зволоження до потрібної формівної вологості (у глинозмішувачах).

3.     Формування виробу (сирець) виконують пластичним способом (на стрічкових вакуумних чи безвакуумних пресах), напівсухим (на гідравлічних чи механічних пресах) або мокрим (шлікерним).

4.     Висушування сформованих виробів у тунельних сушарках безперервної дії.

5.     Випалювання у автоматичних тунельних печах.

6.     Обробка та пакування.

Стінові матеріали та вироби

Цегла (суцільна та порожниста) – застосовують для мурування зовнішніх та внутрішніх стін. Стандартні розміри 250´120´65 мм, є ще потовщена, модульна. За міцністю поділяється на марки 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. За морозостійкістю F15, 25, 35, 50. Порожниста цегла дає змогу зекономити сировину, знизити товщину стін, полегшити конструкцію, покращити теплоізоляцію тощо, проте її не застосовують для зведення фундаментів, цоколів, стін у вологих приміщеннях.

Керамічне каміння (має ті ж властивості) виготовляють порожнистим, розміри 250´120´138 мм, 250´250´120 мм та ін.

Збірні панелі для зовнішніх та внутрішніх стін, керамічні блоки виготовляють у заводських умовах. Це прискорює процес будівництва, зменшує трудозатрати. Панелі виконують розмірами на кімнату, влаштовують теплоізоляційний шар (для панелей зовнішніх стін), армують спеціальними сітками або каркасами, поверхню оздоблюють.

Вироби для облицювання фасадів

Лицьова цегла (двошарова, ангобована, глазурована) виготовляється марок 300, 250, 200, 150, 125, 100, 75. Водопоглинання до 6%.

Плитки глазуровані та неглазуровані, цокольні плитки, килимово-мозаїчні плитки виготовляють високих марок за морозостійкістю (F35 і вище), водопоглинання до 5 %.

Плитки для внутрішніх робіт

Плитки для стін – бувають майолікові та фаянсові. Товщина до 6 мм, форма, забарвлення та розміри – різні.

Плитки для підлог – глазуровані та неглазуровані. Товщина до 8…13 мм. Мають високу щільність, низьку стиранність, високу ударну в’язкість, водопоглинання до 5%. Виготовляють з тугоплавких або вогнетривких глин.

Спеціальні вироби

Черепиця – пазова, плоска, хвиляста, конькова тощо. Морозостійкість F35 і вище, водопоглинання до 6%. Виготовляють з легкоплавких глин.

Клінкер – дорожня цегла, розміри 220´110´25, 220´110´78. Виготовляють з тугоплавких глин. Марки за міцністю 1000, 600, 400; за морозостійкістю F35, F50, F100. Застосовують для покриття підлог промислових будівель, облицювання каналізаційних колекторів, мостових опор.

Дренажні труби виготовляють з високопластичних глин. Форма їх циліндрична, 6-ти і 8-ми гранна, діаметром 25…250 мм, завдовжки 333-500 мм. Застосовують для меліорації, осушення, водовідведення.

Каналізаційні керамічні труби застосовують для безнапірної каналізаційної мережі побутових, дощових, промислових стоків. Виготовляють з тугоплавких і вогнетривких глин із знежирюючими добавками пластичним способом, покривають кислототривкою глазур’ю. Діаметр 150…600 мм. Довжина 1000, 1500 мм.

Кислототривкі вироби – цегла, плитки, труби – мають високу міцність (15…40 МПа), кислототривкість до 96%, водопоглинання до 6%.

Сантехнічна кераміка – ванни, раковини, унітази, змивні бачки тощо, виготовляється шлікерним способом з біловипалюваних глин, глазурується.

Вогнетриви виготовляють з кремнеземистих, алюмосилікатних, магнезіальних, хромистих матеріалів для промислових печей, топок, агрегатів високих температур.

Керамзит – пористий гранульований матеріал ніздрюватої будови з закритими дрібними порами. Отримують випалюванням легкоплавкої глини з одночасним її спученням. Хороший заповнювач для легких бетонів, теплоізоляційний матеріал.

Запитання для самоконтролю:

1.     Які керамічні матеріали та вироби Вам відомі?

2.     Де застосовують керамічні матеріали?

3.     Що є основною сировиною для виготовлення кераміки?

4.     Для чого глазурують керамічні вироби?

5.     Для чого кераміку покривають ангобом?

6.     Які марки цегли за міцністю Вам відомі?

7.     Що означає марка цегли 100?

8.     Чим відрізняється керамічна цегла від керамічного каміння?

9.     Охарактеризуйте лицьову (фасадну) цеглу.

10. Де застосовують керамічну плитку?

11. Яка різниця між керамікою для зовнішніх робіт та для внутрішніх робіт?

12. Чим характерна керамічна черепиця?

13. Де застосовують керамічні труби?

14. Навести приклади керамічних виробів спеціального призначення.