Керамические изделия

       Одна  из главных проблем при глазуровании и ангобировании - обеспечение максимальной близости свойств изделия и отделочного слоя во избежание растрескивания и отслоения отделочного слоя. Характерным видом брака подобного рода является цек — частая сетка трещин на поверхности глазури. 

       Основы  технологии керамики 

       Все разнообразие керамических материалов производится в принципе по однотипной схеме, включающей в себя следующие  переделы: добычу сырьевых материалов, подготовку сырьевой массы, формование изделий, сушку и обжиг.

       Однако  для получения изделий с различной  структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования: литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. В зависимости от метода формования производят подготовку сырьевой массы.

       Основные  изделия строительной керамики —  кирпич и керамические камни, а также  некоторые виды керамических плиток, черепицы и труб производят методом пластического формования. Этот метод формования наиболее прост и получил наибольшее распространение. Ниже рассмотрена схема производства керамики с использованием метода пластического формования на примере производства кирпича.

       Производство  кирпича методом пластического  формования ведется на хорошо проработанной  пластичной массе с влажностью 15...25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40...50 % песка.

       Подготовка  сырья в старину велась «естественным» образом: глина, добытая в карьере, в течение 1...2 лет выдерживалась  в буртах под открытым небом. Периодическое  намокание, замораживание и оттаивание разрушало природную структуру  глины, вымывало из нее соли (вспомните  белые высолы на современном кирпиче). После этого глину обрабатывали на глинорыхлителях и камнеотделительных валках и доводили до требуемой пластичности добавлением воды. 

       В настоящее время глину увлажняют  паром и интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных каменистых включений (кусочки СаСО3 должны быть удалены или измельчены в порошок).

       Качество  массы и будущих изделий зависит  от тщательности проработки сырьевых компонентов.

       Формование  кирпича-сырца производят на ленточном  прессе, напоминающем мясорубку. Увлажненная и тщательно размятая глиняная масса продавливается винтовым конвейером через решетку в вакуумную камеру, где жгуты глины разбиваются вращающимся ножом для удаления воздуха из глиняной массы. Далее масса винтовым валом подается в конусную головку пресса, где окончательно уплотняется и продавливается сквозь формующую часть пресса — мундштук. Мундштук придает глиняной ленте, выходящей из пресса, определенную высоту и ширину. В мундштуке могут быть установлены керны, образующие каналы в выдавливаемой ленте; так получают пустотелый кирпич и трубы.

       Глиняная  лента нарезается автоматическим устройством  на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так  как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

       Сушка — важный и сложный этап производства кирпича. Главная трудность сушки  массивного кирпича-сырца в том, что в глине перенос влаги  затруднен (глина — водонепроницаемый  материал), и поэтому быстрое высыхание глины с поверхности приводит не к ускорению сушки, а к растрескиванию кирпича-сырца. Это происходит из-за того, что поверхностный слой дает усадку при высыхании (до 7...10 %), а влажное ядро препятствует ей. Простейший способ предохранить кирпич от растрескивания — сушить его медленно, так, чтобы скорость испарения воды не превышала скорости ее миграции из внутренних слоев. Но этот путь снижает темпы производства.

       Ускорить  сушку можно, вводя в сырьевую смесь вещества, облегчающие миграцию влага к поверхности (например, опилки), или путем формования в кирпиче сквозных отверстий. Улучшение условий сушки пустотелого кирпича — залог более высокого качества материала.

       При влажности кирпича-сырца 6...8 % его  можно подавать на обжиг.

       Для обжига используют печи различной конструкции  от самых старых кольцевых, в которые  кирпич укладывают и вынимают вручную, и до современных туннельных и щелевых, где кирпич обжигается в процессе продвижения его по печи. Температура обжига зависит от состава сырьевой массы и обычно находится в пределах 950... 1000° С. Необходимую температуру обжига следует строго выдерживать.

       Полусухой способ производства кирпича отличается от пластического тем, что глина  влажностью 6...7 % измельчается в порошок, из которого на специальных прессах  поштучно формуется кирпич-сырец. Такой  сырец не требует сушки — его  сразу же после формования можно  обжигать. Так как кирпичи полусухого прессования (рис. 5.2, 6) получаются более  плотными, в них делают несквозные пустоты (так называемый пятистенный  кирпич). Кирпич полусухого прессования  имеет гладкие грани и значительно  меньше дефектов, чем кирпич пластического  формования, но в то же время он менее  морозостоек.

       Относительно  небольшой выпуск кирпича полусухого прессования объясняется сложностью прессов для формования сырца  и невысокой их производительностью.

       Производственные  дефекты.

       Из-за слишком быстрой сушки и нагрева  при обжиге кирпич деформируется и на его поверхности появляются трещины. При недостаточной температуре обжига получается недожженный кирпич (недожог) алого цвета, который не применяют из-за низкой прочности, водо- и морозостойкости.

       При слишком высокой температуре  обжига получается пережженный фиолетово-бурый  кирпич (пережог — «железняк») повышенной плотности, с оплавленной поверхностью и искаженной формой.

       У керамических изделий встречается  скрытый дефект, называемый «дутик», который может проявиться не сразу, а после того, как кирпич (камень) достаточное время находился во влажном состоянии. В этом случае происходят выколы и разрушение поверхности. В месте откола хорошо виден белый порошок или белая тестообразная масса.

       Причина таких дефектов — небрежность  подготовки сырьевой массы. Если в исходном сырье встречаются куски известняка или другой карбонатной породы состава СаСО3, то в случае, когда сырьевая масса не измельчается достаточно тонко, в свежеотформованном изделии могут оказаться кусочки известняка размером 1 ...5 мм. При обжиге они превращаются в оксид кальция (негашеную известь):

       СаСОз → СаО + CO2↑

       Негашеная известь при контакте с водой  превращается в гидроксид кальция («гасится») с увеличением в объеме. Это приводит к выколам и разрушению изделий. 

       Стеновые и кровельные керамические материалы 

       Основная  область применения керамики в строительстве  — материалы для ограждающих конструкций: стеновые (кирпич и керамические камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.

       Стеновые  материалы — это кирпич и камни (последние отличаются от кирпича большими размерами). Самые первые постройки из кирпича обнаружены в Древнем Египте и Ассирии и относятся к III—I тысячелетию до н. э. Этот кирпич имел в плане форму, близкую к квадратной, со сторонами 300...650 мм и толщиной 30...80 мм. Подобный кирпич позже применялся в Древней Греции и Византии, где его называли «плинфа» (от гр. plinthos — кирпич). Плинфа использовалась и в древнерусском зодчестве. Так, при строительстве Софийского собора в Киеве использовалась плинфа размером около 400 х 400 см и толщиной 30...40 мм. Такая форма древнего кирпича объясняется, видимо, в основном технологическими причинами: проще формовать и легче сушить.

       Только  в XV в. плинфу сменил похожий на современный  «Аристотелев кирпич» (289х189x67 мм). Первый российский кирпич, предусматривавший перевязку швов, был «Государев кирпич». В современных размерах кирпич был узаконен стандартом в 1927г. Какого-либо общемирового стандарта на размеры кирпича не существует. Однако размеры и масса кирпича лимитируются размером и силой человеческой руки.

       Кирпич  керамический обыкновенный. В соответствии с действующими стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250 х 120 х 65 мм; реже производится утолщенный — 250 х 120 х 88 мм и модульный — 288 х 138 х 65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессования также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).

       Приняты следующие названия граней кирпича: большая — постель 1, боковая длинная  — ложок 2, торцовая — тычок 3.

       Плотность обыкновенного полнотелого керамического  кирпича - 1600... 1800 кг/м3; пористость - 28...35 %; водопоглощение - не менее 8%.

       Основная  характеристика качества кирпича - марка  по прочности, определяемая по результатам испытания кирпича на сжатие и изгиб. Установлено 8 марок: от 75 до 300.

       По  морозостойкости для кирпича  установлены четыре марки: F15, F25; F35 и F50. При оценке морозостойкости испытания  на «замораживание — оттаивание»  проводят до появления внешних повреждений (трещин, отколов, шелушения поверхности), не допускаемых стандартом.

       Стандарт  допускает довольно большие отклонения в размерах и форме кирпича, которые объясняются большой и неравномерной усадкой кирпича в процессе изготовления. Кирпич считается удовлетворяющим стандарту, если отклонения по размерам и форме не превышают:

       по  длине ± 5 мм, ширине ± 4 мм, толщине  ± 3 мм;

       непрямолинейность граней и ребер, не более: по постели  — 3 мм, по ложку — 4 мм;

       сквозные  трещины на ложковой и тычковой гранях — не более одной при протяженности  ее по постели не более 30 мм;

       отбитости и притупленности ребер и углов  — не более двух глубиной более 5 мм и длиной 10... 15 мм.

       Обыкновенный  керамический кирпич благодаря достаточно высоким показателям физико-механических свойств и долговечности широко применяют в современном строительстве для кладки наружных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.

       Кирпич  полусухого прессования нельзя применять  для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.

       На  складах кирпич хранят в штабелях высотой до 1,6 м, уложенным на ребро (ложковую грань).

       При механизированной погрузке, разгрузке  и транспортировании используют деревометаллические поддоны, на которые кирпич укладывают на ребро с перевязкой или «в елочку» (с наклоном в 45° к центру пакета). Чтобы уложить кирпич «елочкой», к торцам поддона прибивают треугольные бруски. Благодаря такой укладке пакеты с кирпичом можно перевозить на обычных автомобилях без дополнительных креплений. Погрузку, разгрузку и подачу пакетов на рабочее место выполняют с применением специальных футляров. Без поддонов кирпич перевозят уложенным в штабель с перевязкой; транспортирование навалом запрещается, так как при этом много кирпича бьется.

       Пустотелый  кирпич и керамические камни. У обыкновенного керамического кирпича есть два существенных недостатка: относительно высокая плотность (1600... 1800 кг/м3) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича, и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе России традиционная толщина стен 51 и 64 см) и их большую массу.

       Небольшой размер обыкновенного кирпича объясняется  двумя причинами:

       1. масса кирпича, укладываемого вручную, не должна превышать 4,3 кг;

       2. получение крупного массивного керамического изделия затруднительно, т.к. сушка и обжиг таких изделий протекает долго и, как правило, сопровождается большими деформациями и растрескиванием изделий.

       Решение этой проблемы возможно путем формования крупноразмерных керамических изделий со сквозными пустотами. Такие кирпичи называют «эффективной керамикой».

       Пустотелыми  считаются кирпич и камни, объем  пустот, которых более 13%. Форма и размер пустот могут быть различными. Расположение пустот преимущественно вертикальное, но допустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенными пустотами.

       Керамическими камнями называют штучные стеновые изделия размером от 250 х 120 х 138 мм (сдвоенный по высоте кирпич) и до укрупненных камней 510 х 260 х 219 мм для кладки стен в «один камень». Применение керамических камней позволяет значительно ускорить кладочные работы.

       Прочностные свойства (марки) и морозостойкость  пустотелых кирпича и камней такие же, как у обыкновенного керамического кирпича.