Основные виды строительных керамических материалов
|
Классификация. Строительные керамические материалы классифицируют по признакам структуры и назначению в зданиях и сооружениях. Различают плотные керамические материалы с пористостью менее 5%, водопоглощением 2-4% по массе (клинкерный кирпич, плитки для полов, канализационные трубы и др.) и пористые - с пористостью более 5% и водопоглощением обычно 8-20% по массе (кирпич, черепица, дренажные трубы, терракота и др.). В зависимости от степени однородности и зернистости строительную керамику условно разделяют на грубую (кирпич, плитки для пола, трубы, черепица и др.) и тонкую (облицовочные плитки, санитарно-строительные изделия, майолика и др.). Основные группы строительных керамических материалов по назначению приведены в табл. 7.3. Роль строительных материалов могут выполнять также керамические материалы, выделяемые в отдельные группы: огнеупоры, предназначенные для использования в условиях высоких температур в различных тепловых агрегатах; химически стойкая керамика, способная в течение длительного времени противостоять действию химических реагентов и предназначенная для устройства конструктивных элементов зданий и сооружений, работающих в агрессивных средах, транспортирования и хранения различных веществ; техническая керамика, отличающаяся рядом специальных свойств, позволяющих применять ее в конструкционных, электроизоляционных, электровакуумных и других изделиях.  Разновидностями керамики, применяемыми в строительстве, являются майолика - керамика из цветной обожженной глины с крупнопористой структурой, покрытая глазурью, терракота - однотонная неглазурованная естественно окрашенная керамика; фаянс- мелкопористый керамический материал, покрытый прозрачной легкоплавкой глазурью; фарфор - спеченный керамический материал белого цвета, просвечивающий в тонком слое. Основные технологические процессы. Из основных производственных процессов получения строительных керамических изделий следует выделить: добычу глины и подготовку сырьевых материалов; приготовление керамической массы; формование изделий, сушку и обжиг. При разработке глиняных карьеров применяют в основном многоковшовые экскаваторы, срезающие глиняную стружку по всей высоте и длине фронта добычи. Для измельчения глинистых минералов наиболее часто применяют валковые дробилки. Подготовленные материалы керамической массы тщательно смешиваются. Различают три способа приготовления керамической массы -пластический, полусухой и шликерный. При пластическом способе керамическая масса имеет влажность 18-23%. Она может быть получена или непосредственно из глины с карьерной влажностью, смешанной с добавками, или из сухих порошков с последующим увлажнением. При полусухом способе керамическая масса имеет влажность 8-12%. Ее получают путем предварительной сушки, измельчения и смешивания компонентов. При шликерном способе керамическая масса является жидкотекучей и имеет вид суспензии (шликера) с влажностью 30- 35%. Пластический способ более приемлем при использовании глин с повышенной карьерной влажностью, хорошо размокающих в воде, а полусухой способ - при плотной структуре глиняного сырья и низкой исходной влажности. Шликерный способ применяется в тех случаях, когда необходимо достигнуть особо тщательного смешивания исходных компонентов (фарфоро-фаянсовое производство, изготовление облицовочных плиток). Способ формования керамических изделий зависит от консистенции керамической массы. Из пластичных масс изделия формуют на ленточных прессах, где масса уплотняется шнековым механизмом и выходит из мундштука в виде ленты определенного сечения, которая разрезается на изделия заданных размеров. Таким образом, получают обыкновенный кирпич (рис. 7.9), пустотелые изделия, трубы и т. п. Из полусухих порошкообразных масс изделия формуются на прессах высокого давления (10-30 МПа и более). При полусухом прессовании сокращается сушка сырца - длительный и сложный процесс. Из порошкообразных масс изготавливаются стеновые керамические. Шликеры применяют для отливки сложных по конфигурации и тонкостенных изделий (санитарно-техническая, декоративная, химически стойкая керамика и др.). Этот метод формования основан на свойстве гипсовых форм впитывать в себя часть воды из залитого в них шликера.  Отформованные изделия сушат, чтобы придать им прочность, необходимую при обжиге. Различают конвективную и радиационную сушку. В первом случае теплота передается от теплоносителя - дымовых газов или воздуха, а в другом - она излучается от нагретых поверхностей. Для сушки изделий подбирают оптимальный режим, при котором сушильное устройство имеет максимальную производительность, а срок сушки и количество брака минимальные. Распространены туннельные и конвейерные сушилки непрерывного действия, обеспечивающие высокую производительность и поточность производства. Решающей стадией технологии керамических изделий, при которой формируются свойства керамики, является обжиг. При обжиге сначала удаляется механически и гигроскопически связанная вода из глины, а затем при достижении 400-450°С происходит дегидратация глинистого вещества и выгорание органических примесей. Образование жидкой фазы в виде стекловидных расплавов начинается уже с температуры около 700°С и в последующем интенсивно развивается по мере повышения температуры обжига. Стекловидные расплавы склеивают в единый монолит отдельные зерна керамической массы. Спекание керамических масс может происходить и за счет реакций в твердой фазе. Самым важным кристаллическим новообразованием при обжиге керамических масс является минерал муллит, который наиболее интенсивно образуется в интервале температур 1000-1200°С. Для обжига изделий каждого вида устанавливается определенный температурный режим. Если керамику обжигают при температуре ниже требуемой, она имеет повышенную пористость и невысокую прочность, при чрезмерно высокой температуре, хотя и возрастает прочность, изделия могут деформироваться и оплавляться. На современных керамических предприятиях процесс обжига изделий протекает в печах различной конструкции: туннельных, кольцевых, щелевых, роликовых и др. Стеновые материалы. Керамические материалы, применяемые для возведения стен зданий различного назначения, относятся к числу наиболее древних и, вместе с тем, наиболее широко применяемых в настоящее время строительных материалов. Стеновые керамические материалы разделяют: • по виду изделий - на кирпич, камни, блоки и панели; • по назначению - на рядовые - для кладки наружных и внутренних стен и лицевые - для кладки и облицовки стен зданий и сооружений; • по способу изготовления - на изделия пластического и полусухого прессования. Керамический кирпич изготовляют полно - и пустотелым, керамические камни - пустотелыми. Пустоты размещаются перпендикулярно или параллельно наибольшей грани изделий ("постели"), они могут быть сквозными и несквозными. Керамические кирпич и камни имеют форму прямоугольного параллелепипеда и отличаются размерами (табл. 7.4 и 7.5). Характерные виды кирпича и камней приведены на рис. 7.10. Нормируемые дефекты внешнего вида кирпича и камней приведены ниже.   Качество керамических изделий существенно снижается как при “недожоге” так и “пережоге”, наличии известковых включений, которые после испытания пропариванием вызывают откалывания, и другие виды повреждений. По средней плотности ρ0 изделия разделяют на 5 классов: 0,8 - ρ0≤800 кг/м3; 1,0 - ρ = 801-1000 кг/м3; 1,2 - ρ0 = 1000-1200 кг/м3; 1,4 - 1201-1400 кг/м3; 2,0 - ρ0≥1400 кг/м3.  В зависимости от коэффициента теплопроводности кладки в сухом состоянии (Вт/(м-°С)) стеновые керамические изделия разделяют соответственно на 5 групп - высокой эффективности - до 0,20; повышенной эффективности - свыше 0,20 до 0,24; эффективные - свыше 0,24 до 0,36; условно эффективные свыше 0,36 до 0,46; мало эффективные (обыкновенные) - свыше 0,46. Марку кирпича по прочности устанавливают по значениям предела прочности при сжатии и изгибе, камня - по значению предела прочности при сжатии. С этой целью определяют среднее значение прочности для пяти образцов, при этом учитываются также наименьшие значения прочности для образцов, полученные при испытании. Численное значение марки (МПа-10) должно быть не выше среднего значения предела прочности образцов при сжатии. Для одинарных, “евро”, утолщенного и модульного кирпичей, а также камней установлены марки: М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300; для крупноформатных камней дополнительно нормируются также марки М75, М50 и М3 5; для кирпича и камней с горизонтальным расположением пустот марки - M100, М75, М50, М35 и М25. Для возведения несущих стен марка полнотелого кирпича должна быть не ниже М125, самонесущих - М100, для возведения дымовых труб - не ниже М200. Водопоглощение рядовых изделий должно быть не менее 6%, лицевых изделий - не менее 6% и не более 14%. Для изделий, изготовленных из трепелов и диатомитов, допускается водопоглощение не более 28%. Марки кирпича и камней по морозостойкости: F25, F35, F50 и F100. Марка по морозостойкости лицевых изделий должна быть не ниже F50 (при согласовании с потребителем не ниже F35). При испытании на морозостойкость изделия должны выдерживать требуемое число циклов замораживания и оттаивания без видимых признаков повреждений. Кирпичные стены зданий из полнотелого кирпича в средней полосе России возводят, как правило, в 2,5 кирпича толщиной (без воздушной прослойки) 64 см. При применении пустотелого кирпича средней плотностью 1300-1450 кг/м3 уменьшается толщина стены на полкирпича, масса на 35%, расходы раствора на 45%. Лицевые кирпичи и камни могут изготавливаться с гладкой, рельефной и офактуренной поверхностью. С гладкой и рельефной поверхностью выпускаются изделия, получаемые при обжиге глин без или с введением в сырьевые смеси красящих добавок. Для создания офактуренной лицевой поверхности кирпича и камней применяют торкретирование минеральной крошкой, ангобирование, глазурование или двухслойное формование. Ангоб - белая или цветная керамическая масса, которую наносят на поверхность изделий до их обжига в виде тонкого слоя. Ангобированная поверхность имеет матовую текстуру. Глазури - тонкие стекловидные покрытия на керамических изделиях. Сырьевые смеси для получения глазурей наносят на поверхность изделий в виде суспензии заданного состава и закрепляют обжигом. Глазури позволяют получать покрытия с любыми цветовыми оттенками и сохранять их яркость на протяжении длительного времени. Для глазурования кирпича и камней применяют легкоплавкие составы, содержащие плавни - соду, буру, поташ и др., а также красители в виде оксидов некоторых металлов. Двухслойный кирпич, кроме основного имеет лицевой слой толщиной 3-5 мм из светложгущихся глин с возможным добавлением пигмента. Задача индустриального применения керамического кирпича и камней может решаться изготовлением из них на стендах или заводах блоков и панелей, из которых потом монтируют стены. Облицовочные изделия. Кроме лицевых керамических кирпича и камней, которые могут выполнять двойную функцию - как стеновых, так и облицовочных материалов. В качестве последних для отделки внешних и внутренних стен, защиты их от агрессивного воздействия окружающей среды и улучшения санитарно-гигиенического состояния помещений, устройства покрытий полов, архитектурных элементов зданий и сооружений применяют ряд других керамических материалов. Керамические фасадные плитки и ковры из них предназначены для облицовки цоколей и стен зданий и сооружений. Их изготавливают глазурованными и неглазурованными, гладкими и блестящими, с рельефной поверхностью. Керамические плитки рядовые и ковры из них применяют для облицовки внешних стен, стеновых панелей и больших блоков, фризов, обрамления оконных проемов, других архитектурных элементов зданий (рис. 7.11). Для облицовки цоколей сооружений и подземных переходов применяют преимущественно фасадные глазурованные плитки.  Плитки изготавливают квадратной и прямоугольной формы с координационными размерами (суммарной величиной номинальных размеров и ширины растворного шва - 4-8 мм) от 50x50 до 300x150 мм и толщиной 4-9 мм (табл. 7.6). Мелкоразмерные фасадные плитки выпускают размерами до 200 мм и в виде ковровой керамики. Из мелкоразмерной керамической плитки набирают панно, картины и другие мозаичные композиции. Крупноразмерные фасадные плитки имеют размер более 200 мм. Нелицевая (монтажная) поверхность плиток должна иметь рифления - пазы (глубиной) или выпуклости (высотой) не менее 0,7 мм при длине изделий до 50 мм и 2 мм - более 50 мм. Лицевая поверхность плиток может быть гладкой или рельефной, неглазурованной, частично или полностью покрытой одно-или многоцветной глазурью, или декорированной различными методами. Плитки могут изготавливаться с округленной гранью со стороны лицевой поверхности (завалом). На лицевой поверхности плиток не допускаются трещины и цек. Физико-механические показатели плиток должны соответствовать указанным в табл. 7.7.   Для изготовления ковров применяют плитки прямоугольной и квадратной формы площадью не более 115 см2, для изготовления ковров “брекчия” - части плиток произвольной формы площадью не менее 3 см2. Номинальные размеры ковров устанавливают по согласованию предприятия-изготовителя с потребителем. Ковры из плиток изготовляют наклеиванием их лицевой поверхностью на бумагу массой 1 кв.м не менее 70 г клеем, который должен легко смываться после облицовки. Ковры бывают трех типов: с прямолинейной ориентацией плиток (тип I), неорганизованным набором плиток (тип II) и брекчиевидными из частей плиток произвольной формы (тип III). Наряду с традиционными облицовочными керамическими изделиями для фасадных систем современных зданий, облицовки подземных переходов и др., применяют крупноразмерные керамические плиты квадратной или прямоугольной формы. Их длина 490,990,1190 мм, ширина - 490 и 990 мм, толщина - 6...10 мм. Они выпускаются одно- и многоцветными, глазурованными или неглазурованными с гладкой или рельефной поверхностями. Водопоглощение плит менее 1%, морозостойкость 0 не менее 50 циклов. Плиты крепят с помощью металлических раскладок. Архитектурно-художественная (декоративная) керамика широко применяется в виде настенных панно, декоративных вставок, объемных композиций, элементов малых форм и др. Изделия изготавливают из глинистых материалов пластическим, полусухим способами, а также литьем. Для фасадных керамических архитектурных деталей предъявляются требования по водопоглощению, морозостойкости, термической стойкости и твердости глазури такие же, как для фасадной плитки. Находят широкое применение терракотовые и майоликовые изделия. Для изготовления терракотовых - неглазурованных естественно окрашенных керамических изделий применяют глины, в которых нет включений известняка, крупных зерен кварца и не содержатся растворимые соли, дающие выцветы. Обычные тона терракоты -кремовый, красноватый и коричневатый с широкой гаммой оттенков. Водопоглощение терракоты 8-10%. Из терракоты желтого, розового, красного и других цветов изготовляют барельефы, карнизы, капители, фризы и другие детали для оформления многоэтажных зданий. Разнообразную цветовую окраску терракоты достигают введением в шихту неорганических пигментов (охры, оксида хрома и т.п.). К изделиям из терракоты предъявляют те же основные требования, что и к лицевому кирпичу. В зависимости от характера и размера пор изделия могут быть тонко- или грубопористыми. Майоликовые изделия (плитки, элементы декора) получают из мергелистых легкоплавких глин с добавлением до 20% мела. Полученную после обжига керамику покрывают цветной глазурью. Высококачественным материалом для облицовки фасадов, полов, ступеней, является клинкерная плитка. ЕЕ изготавливают обжигом до полного спекания тугоплавких глин. Водопоглощение плитки менее 3%, она имеет высокую морозо- и коррозионную стойкость. Клинкерная плитка имитирует лицевой кирпич, она используется для замены кирпича в тех местах, где применение его затруднено (дверные проемы, углы). Ее выпускают с гладкой и рустованной поверхностью, неглазурованной и глазурованной. Керамический гранит (керамогранит) - материал, получаемый прессованием с последующим обжигом из массы, состоящей из глин, полевых шпатов и инертных маложелезистых наполнителей. Керамогранит обладает более высокими показателями прочности, износостойкости, морозостойкости по сравнению с другими видами керамических плиток. Его водопоглощение ничтожно мало (до 0,05%). Он не реагирует на воздействие кислот и щелочей даже в концентрированом виде (за исключением плавиковой кислоты и ее производных). В зависимости от способа обработки поверхность керамогранита может быть полированной, матовой (лощеной), рельефной (под “дикий камень”) и нескользящей (с рисунком в виде насечек). Керамогранит выпускается глазурованным и не-глазурованным. По текстуре и свойствам керамогранит может не уступать высокопрочным видам природных каменных материалов. Выпускается также керамогранит под венецианскую штукатурку, имитирующий дерево и т.д. Распространенные размеры плитки из керамогранита: 20x20, 30x30, 30x60, 40x40 см. Производят также керамогранитную плитку 60x60, 60x90, 120x60 см и др. Наибольшее распространение получили облицовачные элементы толщиной 5, 8, 12 и 15 мм.  Керамогранит (рис. 7.12) применяют для фасадной и внутренней облицовки стен зданий различного назначения. Эффективной областью применения керамогранита является отделка вентилируемых фасадов. При их монтаже крупные керамогранитные плиты толщиной 11-14 мм крепятся на металлический каркас, под которым размещен слой теплоизоляции. Наряду с отделкой стен керамогранит широко применяется для облицовки лестниц, покрытий полов в помещениях особенно при значительных истирающих нагрузках (супермаркеты, кинотеатры, вокзалы, станции метро и др.), а также высоких статических и динамических нагрузках, воздействии химически агресивных веществ и повышенных температур. Керамогранит может применяться и для внешних работ (дворы, подъездные дорожки, бордюры).  Плитки для внутренней облицовки стен (рис. 7.13, 7.14) изготавливают из майоликовых или фаянсовых масс. Плитки выпускают квадратными (100x100, 150x150 и 200x200 мм), прямоугольными (100x75, 150x75, 150x100, 200x100 и 200x150 мм) и фасонными (для углов облицовки, карнизов и плинтусов). Толщина плитки 5-8 мм. Наиболее распространены плитки из фаянсовых масс, покрытые прозрачной или непрозрачной (“глухой”) глазурью. Лицевая поверхность плиток может быть гладкой или рельефной, одно-или многоцветной (декорированной), а боковые грани могут быть без завала и с завалом. В зависимости от качественных показателей лицевой поверхности плитки разделяют на сорта. При установлении сорта плиток учитываются кривизна лицевой поверхности, косоугольность, отбитости, различные дефекты глазури и нарушения декора. Водопоглощение плиток не должно превышать 16%. Твердость глазури на плитках должна быть не менее 5 по Моосу, термическая стойкость - 150°С для белой глазури и 125°С для цветной. Плитки для внутренней облицовки применяют в помещениях с большой влажностью или с повышенными санитарно-гигиеническими требованиями.  Наряду с плиткой, изготавливаемой полусухим прессованием производятся также литые керамические плитки и ковры из них. Эти плитки имеют глазурованную поверхность и применяются для внешней и внутренней облицовки зданий, балконных экранов, колонн, а также для монументальнодекоративных работ. Литыми плитками нельзя облицовывать выступающие части зданий, цоколи, карнизы. Водопоглощение плиток должно быть не более 16,5%, морозостойкость - не менее 35 циклов. При испытании на термическую стойкость на глазурованной поверхности плиток не допускается появление цека и других признаков разрушения при перепаде температур. Плитки выпускают квадратной и прямоугольной формы длиной 21; 46; 71 и 96 мм, шириной 21 и 46 мм и толщиной 3 и 3,5 мм. Для монументально-декоративных работ допускается изготовление плиток других размеров. Лицевая поверхность плиток покрыта прозрачной или глухой, белой или цветной глазурью. Ковры из литых керамических плиток бывают квадратными или прямоугольными с размерами сторон, кратными 50 мм. Плитки керамические для полов предназначены для покрытия полов внутри помещений жилых и общественных зданий, бытовых помещений промышленных зданий. Плитки изготавливают глазурованными и неглазурованными, квадратными, прямоугольными, многоугольными и фигурными. Наряду с основными выпускаются бордюрные плитки. Координационные размеры, т.е. размеры плиток с учетом ширины шва для квадратных плиток могут изменяться от 500x500 мм до 150x150 мм, прямоугольных -от 500x300 мм до 200x150 мм. Поверхность плиток может быть гладкой или рельефной, одно- или многоцветной, декорированной различными методами. Глазури для плиток применяют как прозрачные, так и заглушенные. Неглазурованная поверхность может быть полированной. На лицевой поверхности плиток не допускаются трещины, цек (тонкие волосяные трещины глазури), а также видимые с расстояния 1 м плешины, пятна, мушки, волнистость глазури и др., нормируется количество других дефектов (щербин, зазубрин, посечек). Физико-механические показатели плиток для пола должны быть не ниже значений, приведенных в табл. 7.8.  Для устройства мозаичных полов изготавливают квадратные и прямоугольные керамические плитки размерами 48x48, 22x22, 48x22 мм толщиной 6 мм. Плитки на заводе наклеивают на крафт-бумагу или картон по определенному рисунку, получая ковры, укладываемые на пластичную цементно-песчаную растворную смесь. Для устройства полов в некоторых промышленных предприятиях, мощения тротуаров и дорог применяют клинкерный кирпич. Он может иметь матовую и глянцевую поверхность, различную цветовую гамму. Клинкерный кирпич имеет высокую прочность (М300 и выше), морозостойкость (F100 и выше), коррозионную стойкость, водонепроницаемость. Его получают спеканием тугоплавких глин при более высоких температурах, чем обычный кирпич. Водопоглощение клинкерного кирпича - менее 3%. Изделия специального назначения. Эта группа строительных керамических изделий включает санитарные, кровельные, теплоизоляционные, огнеупорные, кислотостойкие, дорожные, изделия, дренажные и канализационные трубы, легкие заполнители. Санитарно-керамические изделия - глазурованные изделия, получаемые из смеси белых глин и другого минерального сырья, обожженные при высокой температуре и предназначенные для санитарно-гигиенического и хозяйственного применения. Они изготавливаются из фарфора, полуфарфора и фаянса и включают умывальники, унитазы, смывные бачки, раковины и др. К общим требованиям, предъявляемым к изделиям этой группы, относятся функциональная пригодность, термическая стойкость и механическая прочность. Изделия из фаянса имеют прочность на сжатие до 100 МПа, водопоглощение - не более 12%, полуфарфора, соответственно, - 150-200 МПа и 3%, фарфора - до 500 МПа и не более 1%. Санитарные изделия покрываются белой или цветной химически и термически стойкой глазурью и декорируются различными методами. К высокодолговечным кровельным материалам относится керамическая черепица. Исторической родиной черепицы является Средиземноморье. Керамические кровли известны более 4000 лет. В Европейских странах черепица является одним из наиболее распространенных кровельных материалов и в настоящее время. Главными преимуществами ее являются огнестойкость, стойкость к воздействию солнечного излучения, кислотных дождей и температурных изменений. Керамическая черепица не накапливает статическое электричество, хорошо поглощает шумы, имеет сравнительно невысокую теплопроводность. Этот материал является эстетичным, срок службы его превышает сто лет. Недостатками черепицы являются ее большая масса (30-70 кг/м3) и хрупкость. Мелкоразмерность и ручной способ укладки черепицы предопределяет большую трудоемкость устройства черепичной кровли. По способу производства черепица бывает трех видов: штампованная, пластического (ленточная) и полусухого формования.  Методом штампования производится пазовая черепица (рис. 7.15) и ее разновидности (марсельская, голландская), S-образная, а также коньковая (для оформления конька крыши). Пластическим формованием производятся различные типы ленточной черепицы - пазовая, плоская, S-образная. Наиболее распространена пазовая ленточная черепица длиной 400 мм, шириной 220, 200 и 165 мм. Методом полусухого прессования производится плоская черепица типа “бобровый хвост”. Черепица может быть изготовлена с ангобированным или глазурным покрытием, наносимым на ее лицевую поверхность. К новым эффективным видам черепицы относится черепица из керамогранита. Черепица должна выдерживать в зависимости от типа разрушающую нагрузку на изгиб не менее 800-1500 Н, быть морозостойкой и при испытании после 25 циклов попеременного замораживания и оттаивания (для черепицы полусухого прессования - 35 циклов) не иметь видимых повреждений. В зависимости от размеров изготавливают мелкоформатную (более 20 ед. на м2), среднеформатную (10-20 ед. на м2) и крупноформатную (менее 10 ед. на м2) черепицу. В группу теплоизоляционных керамических материалов входят поризованные диатомитовые и трепельные, перлитовые и вермикулитовые изделия и др. Пористую структуру керамики получают введением выгорающих добавок, вспучиванием в процессе формования за счет газов, выделяющихся при химических реакциях, вспенивания при введении пенообразователя или готовой пены, а также использования пористых заполнителей. Эффективным является способ поризации с одновременным армированием керамических масс высокотемпературным волокном. Теплоизоляционные изделия в виде кирпича, полуцилиндров, сегментов получают на основе достаточно близких по составу осадочных пород диатомита и трепела. Обе породы состоят в основном из аморфного кремнезема, плотность их 400...600 кг/м3, трепел в отличие от диатомита практически не содержит органических примесей. Изделия получают формованием, сушкой и обжигом диатомита или трепела с выгорающими или пенообразующими добавками. Диатомитовые (трепельные) и пенодиатомитовые изделия изготавливают плотностью 400, 500 и 600 кг/м3. Теплопроводность их при температуре 50°С - 0,116-0,14, 350°С - 0,186-0,21 Вт/(м °С). Производят также перлитодиамитовые изделия плотностью 300-400 кг/м3. Эти материалы используют преимущественно для тепловой изоляции печей, трубопроводов и другого теплотехнического оборудования, работающего при температурах до 900°С. Перлит относится к группе вулканических стекол, а вермикулит - к группе гидрослюд. Обе породы содержат определенное количество связанной воды, которая при температуре 80-1000°C интенсивно удаляется в виде паров. При обжиге перлита коэффициент вспучивания (отношение размеров зерен после вспучивания к первоначальным) обычно составляет 6-15, вермикулита 15-40. После обжига вспученный перлит разделяется на песок с насыпной плотностью 75-500 кг/м3 и щебень плотностью 200-500 кг/м3, теплопроводность перлитового песка 0,043-0,093 Вт/(м-°С). Перлитовый песок и щебень используют в качестве заполнителя в бетонах и растворах для изготовления теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных изделий. Перлитовый песок используют, кроме того, для теплоизоляционных, а также огнезащитных штукатурок при температуре изолируемых поверхностей 200-875°С. Характерная особенность вспученного вермикулита - чешуйчатое строение. Его используют в виде зерен, имеющих крупность до 10 мм, насыпную плотность 100-200 кг/м3 и теплопроводность 0,055-0,065 Вт/(м-°С). Возможная температура применения вспученного вермикулита выше, чем перлита и достигает 1100°С.  С применением вспученного перлита и вермикулита возможно получение композиционных керамических изделий, основной технологической операцией при получении которых является обжиг сырьевой смеси, включающей кроме перлита и вермикулита пластичную глину. Также как диатомитовые перлито- и вермикулитокерамические изделия предназначены для тепловой изоляции промышленного оборудования, печей и трубопроводов. По плотности изделия делят на марки 200...400 с теплопроводностью при 25°С 0,063-0,105, при 300°С - 0,116-0,151 Вт/(м-°С). К легким керамическим материалам, изготавливаемым обжигом глинистого и другого минерального сырья, относятся керамзит и аглопорит, их разновидности. Их применяют преимущественно как пористые заполнители легких бетонов. Эти материалы при необходимой плотности и структуре применяют также для устройства тепло - и звукоизоляционных засыпок. Керамзит получают обжигом легкоплавких вспучивающихся глин, главным образом, в виде гравия с размером зерен от 5 до 40 мм (рис. 7.16). Освоено также производство керамзитового щебня и песка. Вспучивание глины при обжиге происходит в результате газовыделения, имеющего место при реакциях восстановления оксидов железа при их взаимодействии с органическими примесями, дегидратации гидрослюд и других глинистых водосодержащих минералов, диссоциации карбонатов. При обжиге за счет образования расплава глины размягчаются, переходя в т.н. пиропластическое состояние, что делает возможным под действием выделяющихся газов вспучивание гранул. При этом важным является обеспечение необходимого интервала вспучивания сырьевой массы - разности между температурой начала оплавления поверхности гранул и их вспучивания. Вспучиваемость сырья характеризуют коэффициентом вспучивания:  где Vк - объем вспученной гранулы керамзита; Vc - объем сухой гранулы до обжига. Как правило, коэффициент вспучивания глинистого сырья, пригодного для производства керамзита составляет 2-4. Вспучиваемость глин определяется их химико-минералогическим составом. Наиболее целесообразно использовать монтмориллонитовые и гидрослюдистые глины, содержащие не более 30% кварца, общее содержание SiO2, не должно превышать 70%, Al2O3 - от 10 до 25%, Fe0+Fe2О3 - от 2,5 до 12%, CaO - не более 6%, MgO - не более 4%, SO3 - не более 1,5%, органических примесей - не более 3%. Технология производства керамзита включает переработку исходного сырья и получения гранул, сушку и обжиг гранул, их классификацию и, при необходимости, частичное дробление. К разновидностям керамзита относят шунгизитовый гравий и глинозольный керамзит, получаемые обжигом со вспучиванием гранул из глинистых пород, шунгизитосодержащих сланцев, трепелов, золошлаковой смеси или золы-уноса тепловых электростанций; термолит, получаемый при обжиге без вспучивания щебня или специально подготовленных гранул из кремнеземистых пород (диатомита, трепела, опок и др.). Аглопорит получают спеканием (агломерацией) глинистых или песчано-глинистых пород, а также отходов, образуемых при добыче, обогащении и сжигании твердого топлива. В качестве добавок в сырьевую смесь применяют каменный или бурый уголь, древесные опилки, лигнин. После агломерации глыбы материала дробят и рассеивают на фракции щебня и песка. Пористые гравий и щебень изготовляют фракций: 5-10, 10-20 и 20-40 мм. Песок подразделяют на три группы: для конструкционно-теплоизоляционного, конструкционного и теплоизоляционного бетона. В зависимости от насыпной плотности пористые заполнители подразделяют на марки: 250-1100. Предельные значения марок по насыпной плотности для различных видов пористых заполнителей приведены в табл. 7.9.  Для пористых заполнителей, как и для плотных, нормируется зерновой состав, содержание вредных примесей, а также устанавливается марка по прочности при сдавливании в цилиндре. Для эксплуатации при воздействии высоких температур предназначены керамические огнеупорные материалы. Огнеупоры - материалы, предназначенные для эксплуатации при воздействии высоких температур. Для огнеупорных материалов температура размягчения, характеризующая огнеупорность, составляет 1580-1770°С, высокоогнеупорных - 1770-2000°С, особо высокой огнеупорности - свыше 2000°С. Измеряют огнеупорность по температуре размягчения специально изготовленных из керамической массы пироскопов, имеющих форму треугольной срезанной пирамиды, с помощью оптических и электрических пиром. Характерными огнеупорными материалами являются динас, кварцевые, полукислые и шамотные огнеупоры. Они отличаются исходным сырьем, способом изготовления и свойствами. Динасовые огнеупоры получают обжигом кремнеземистых пород, как правило, на известковой, а полукислые - на глиняной связке. Кварцевые огнеупоры изготовляют плавлением природного кварца, полукислые получают обычно из смеси огнеупорной глины и молотого кварца или кварцита (возможно применение глин или каолинов), шамотные - обжигом огнеупорных глин. Особенностями динасовых огнеупоров являются низкие термостойкость и стойкость против воздействия большинства шлаков. Для футеровки топок их не используют, а применяют для сооружения стекловарильных, сталеплавильных, коксовых и других печей. В отличие от динасовых, кварцевые огнеупоры характеризуются высокой термостойкостью, их применяют в печах для варки стекол и др. Полукислые и шамотные огнеупоры применяют для футеровки шахтных и туннельных печей, вагранок, вращающихся печей, дымоходов и т.п. Из огнеупорных материалов широко применяют глиноземистые, доломитовые, хромитовые, карборундовые огнеупоры; высокой огнеупорности - магнезитовые, хромомагнезитовые, циркониевые, графитовые. Наибольшую огнеупорность и другие ценные свойства имеют огнеупоры из чистых оксидов и некислородных соединений - нитридов, боридов, карбидов, силицидов и т.п. Огнеупорные керамические материалы изготовляют в виде изделий различной формы и размеров (прямого, торцевого и ребристого клина, трапециевидной формы и др.). В строительстве находят широкое применение керамические трубы. Керамические дренажные трубы - материалы для устройства закрытого дренажа - системы водоотвода из переувлажненных и заболоченных земель. Применяют дренажные трубы цилиндрической формы с внутренним диаметром 50-300 мм при толщине стенок соответственно 11-27 мм и длине 333-500 мм. Выпускают также трубы с шестью- и восьмигранными внешними поверхностями (рис. 7.17).  Для соединения труб встык их торцы должны быть перпендикулярными к продольной оси и не иметь сколов и вмятин больше, чем на одну треть стенки. Дренажные трубы выпускают неглазурованными и глазурованными, с гладкой внутренней поверхностью, водопоглощением 12-18% и морозостойкостью не менее 15 циклов. При испытаниях трубы должны выдерживать без разрушения внешнюю нагрузку в зависимости от диаметра 3,5-6,0 КН. Эффективность дренажной трубы определяется количеством воды, отводимой ею за единицу времени. Керамические канализационные трубы - трубы, предназначенные для строительства безнапорных сетей канализации, по которым транспортируются промышленные, бытовые и дождевые сточные воды. Трубы изготавливают из тугоплавких или огнеупорных глин. В отличие от дренажных канализационные трубы относятся к плотной спекшейся керамике. Их выпускают в виде полых цилиндров с раструбом (рис. 7.18), с внутренним диаметром ствола 150-600 мм и длиной 1000-1500 мм. Раструб трубы имеет внутренний диаметр 224-734 мм, глубину 60-70 мм. Для лучшей герметичности стыков каждая труба имеет резьбу - не менее пяти витков на внешней стороне конца трубы и столько же на внутренней стороне раструба. Номинальная толщина стенок ствола и раструба 19-41 мм. Для повышения водонепроницаемости и химической стойкости, а также уменьшения сопротивления протеканию жидкостей канализационные трубы покрывают снаружи и внутри глазурью.  Основные качественные показатели канализационных труб: допустимая внешняя нагрузка 20-30 кН на 1 м; гидравлическое давление не менее 0,15 МПа, водопоглощение труб не должно быть более 8%, кислотостойкость - не менее 93%. В группу специальных входят кислотостойкие керамические изделия, применяемые в условиях кислых агрессивных сред. Изготовляют кислотостойкие кирпич, плитки, трубы, фасонные изделия. Изделия характеризуются повышенной плотностью, высокой механической прочностью, газонепроницаемостью. Их основные свойства: предел прочности при сжатии - 15-50 МПа, средняя плотность - 2,1-2,35 г/см3, водопоглощение - 3-10%, термостойкость - 2-10 теплосмен, кислотостойкость - 92-98%. Сырьем для кислотостойких керамических изделий служат пластичные глины без примесей карбонатов, серного колчедана, гипса. |
