Товарознаство будівельної кераміки

     Для виробництва будівельних керамічних виробів звичайно застосовують помірковано пластичні глини із числом пластичності Пл = 7 - 15. Малопластичні глини із Пл менше 7 погано формуються, а високопластичні глини із Пл більше 15 розтріскуються при сушінні й вимагають знежирення.

     Сполучна  здатність глини проявляється у  зв'язуванні зерен непластичних матеріалів (піску, шамоту й ін.), а також в утворенні при висиханні досить міцного виробу - сирцю. Цю здатність використають при кладці печей, труб.[2]

     Особливість глиняного тіста - здатність тверднути при висиханні на повітрі. Міцність висушеної глини обумовлена дією ван-дер-ваальсових сил і цементацією зерен мінералів іонами домішок. Сили капілярного тиску стягають частки глини, перешкоджають їхньому роз'єднанню, внаслідок цього відбувається повітряна усадка. При насиченні водою меніски зникають, припиняється дія капілярних сил, частки вільно переміщаються в надлишку води, і глина розмокає.

     Усадка – це зменшення лінійних розмірів й об*єму глиняного сирцю при його сушінні (повітряна усадка) і обпалі (вогнева усадка) глин. Усадку виражають у відсотках від первісного розміру виробу.

     Для різних глин лінійна повітряна усадка коливається від 2 - 3% до 10 - 12 % залежно  від вмісту тонких фракцій. Для зменшення усадочних напруг до жирних глин додають знежирювателі. Поверхнево-активні речовини (СБД й ін.), уведені в глиняну масу в кількості 0,05 - 0,2 %, поліпшують змочування часток глини водою, дозволяють скоротити формувальну вологість і знизити повітряну усадку.

     Вогнева усадка виходить через те, що в процесі  випалу легкоплавкі складові глини  розплавляються, і частки глини в місцях їхнього контакту зближаються. Вогнева усадка може становити 2 - 8 % залежно від виду глини.

     Повна усадка, рівна алгебраїчній сумі повітряної й вогневої усадок, коливається від 5 до 18 %. Відповідно збільшують розміри форм, щоб одержати готовий виріб необхідних форм.[17]

     У процесі високотемпературного обпалу глина перетерплює фізико-хімічні зміни. Спочатку випаровується вільна вода, потім вигорають органічні речовини. При температурі 700 – 800⁰ С відбувається розкладання безводного метакаолінита Al₂ O₃ 2Si₂, що утворився раніше (при температурі 450 – 600⁰ С) внаслідок дегідратації каолініту; потім Al₂ O₃ й Si₂ при підвищенні температури (до 900⁰ С и вище) знову з'єднуються, утворюючи штучний мінерал – мулліт (3Al₂ O₃ 2Si₂). Мулліт надає обпаленому керамічному виробу водостійкість, міцність, термічну стійкість. З його утворенням глина необратимо переходить у каменеподібний стан. Разом з утворенням мулліту розплавляються легкоплавкі складові глини, цементуючи й упрочнюючи матеріал.

     Випал цегли й інших пористих виробів  звичайно закінчується при температурі 950 – 1000⁰ С. Подальше підвищення температури різко інтенсифікує утворення й нагромадження рідкої фази - силікатного розплаву, що не тільки цементує частки глини, але й ущільнює керамічний матеріал. У результаті виходять вироби із щільним керамічним черепком, що відрізняється малим водопоглиненням (менш 5 %).[4]

     Спікливістю глин називають їхню властивість ущільнюватися при випалі й утворювати каменеподібний черепок.

     Інтервал  спікання легкоплавких глин (для виробництва  цегли, керамзиту) 50 – 100⁰ С, вогнетривких глин – 400⁰ С.

     Вогнетривкі глини (і вироби з них) протистоять дії високих температур, не деформуючись і не розплавляючись. Чистий каолініт плавиться при температурі 1770⁰ С, однак різні домішки (Fe₂ O₃, CaCO₃, і ін.) знижують цю температуру. Являючи собою складні природні суміші, глини не мають певної температури плавлення. При 750 – 800⁰ С у наслідок часткового плавлення легкоплавких евтектичних сумішей починається ущільнення черепка й закриття пор, тобто відбувається спікання.

     Кольори глини після обпалу мають істотне значення для лицювальних будівельних керамічних виробів, а також для тонкої будівельної кераміки. Для одержання білого виробу обпал ведуть у відтворюючому середовищі (при наявності вільних CO й H₂ у газах) і при певних температурах, щоб Fe₂ O₃ перевести в Fe. Не бажані в глині крупні зерна піриту Fe₂ й оксидів заліза, що утворюють на черепку після обпалу чорні крапки. Виділення вільного оксиду заліза при нагріванні між 450 й 800⁰ С надає виробу червонувате й жовтувате фарбування. Оксиди титана викликають глибоке синювате фарбування черепка.[2] 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3 ОСОБЛИВОСТІ ВИРОБНИЦТВА КЕРАМІЧНОЇ ЦЕГЛИ 

     3.1 Загальна схема виробництва керамічної цегли

     Обробка глиняної маси. Виробництво керамічних цегельних виробів включає наступні етапи:

     - кар'єрні роботи;

     - механічну обробку глиняної маси;

     - формування виробів, їхнє сушіння й обпал.

     Кар'єрні роботи включають видобуток, транспортування  й зберігання проміжного запасу глини. Вилежування замоченої глини, її виморожування у протягом річного строку на відкритому повітрі руйнує природну структуру глини, вона диспергирується на елементарні частки, що підвищує пластичність і формувальні властивості керамічної маси.

     Механічна обробка глини здійснюється за допомогою  глинообробних машин і має мету: виділити або подрібнити кам'янисті включення, гомогенізувати керамічну масу й одержати необхідні формувальні властивості. Кам'янисті включення виділяють із глини, пропускаючи її через гвинтові каменевидаляючі вальці або застосовуючи інші спеціалізовані машини. Можна домогтися повного виділення каменів із глини гідравлічним збагаченням: глину розпускають у глиноболтушках, а потім шликер пропускають через сито, на якому відокремлюються камені розміром більше 0,5 мм; шликер збезводнюють у потужних розпилювальних сушарках.

     Глину подрібнюють після виділення  кам'янистих включень. Якщо їх немає  в глині, то після доставки на завод  її відразу піддають грубому дробленню, потім тонкому здрібнюванню. Після тонкого здрібнювання глину треба пром'яти, щоб одержати глиняну масу з необхідною формувальною вологістю.

     Формування. Стінові керамічні цегли виготовляють способами пластичного формування й напівсухого пресування. З рідких глиняних мас виготовляють деякі види лицювальної цегли.

     Спосіб  пластичного формування. Виробу стінової кераміки (цегли) формують із пластичних глиняних мас на стрічкових шнекових пресах, які можуть бути вакуумними й безвакуумними. У корпусі цього преса обертається шнек - вал із гвинтовими лопатами. Глиняна маса, надходячи через вирву й живильний валик, переміщається за допомогою шнека до  перехідної головки, що звужується, й мундштука. У цьому місці глиняна маса ущільнюється, вирівнюються тиски й швидкості по перетині глиняного бруса. Мундштук глиняного преса для виробництва цегли має прямокутний перетин. Для формування пустотілої цегли й керамічних каменів, у мундштуці преса встановлюють пустотоутворюючий сердечник. Застосовуються також фасонні вставки з вузькими щілинами - для формування оздоблювальної фасонної цегли.

     З мундштука преса виходить глиняний брус, що розрізають автоматично різальним апаратом, одержуючи вироби заданого розміру. Щільний вакуумований сирець установлюють рядами на грубну вагонетку й він надходить у тунельну сушарку в штабелі (без полиць). Вакуумування глини дозволяє витягти з її повітря, знизити вологість на 3 - 4 %, збільшити міцність сирцю в 2 - 3 рази, міцність обпаленого цегельного виробу збільшується до 2 разів, його водопоглинення знижується на 10 - 15 %. Для реалізації вищевказаного процесу часто використають установку ШЛ 347, схема якої наведена на рисунку 3.1 [17] 
 
 
 
 

        

     Рисунок 3.1- Схема установки ШЛ 347: 1 - змішувач; 2 - емульгатор; 3, 6 - електрогідроклапан; 4 - накопичувач; 5 - мішалка лопатева; 7 - колектор; 8 - сопло; 9 - валик що подає; 10 - брус глиняний; 11 - ролик приводної; 12 - валик дозуючий; 13 - валик контактуючий; 14 - вимірювальний блок. 

     Спосіб  напівсухого пресування. Керамічні  цегли формують способом напівсухого пресування із шихти вологістю 8 - 10 %, що ущільнює пресуванням під значним тиском (15 - 40 Мпа).

     Сушіння сирцю. Перед обпалом цегельний виріб треба висушити до вмісту вологи не більше 5 % щоб уникнути нерівномірної усадки й розтріскування при випалі. Сушіння сирцю проводять у тунельних і камерних сушарках.

     Обпал виробів. Обпал завершує виготовлення керамічних цегельних виробів. У процесі випалу формується їхня структура, що визначає технічні властивості виробу. Сумарні економічні витрати на обпал цегли становлять 35 – 40 %, а втрати від браку досягають 10% собівартості товарної продукції. Обпал керамічних цегл здійснюється в тунельних печах з автоматичним керуванням. Тунельна піч являє собою довгий канал, виложений усередині вогнетривкої футеровкою. Вагонетки з виробами, що становлять суцільний поїзд, переміщаються в печі й поступово проходять зони підігріву, обпалу й охолодження. Максимальна температура обпалу цегли й інших стінових керамічних виробів (950 – 1000⁰ С) необхідна для спікання керамічної маси. Спікання відбувається внаслідок цементуючої дії розплаву евтектик (рідинне спікання), реакцій у твердій фазі й кристалізації новотворів. 
 

     3.2 Особливості виробництва стінових керамічних цегл та їх                                

     асортимент

     По  щільності й технічних властивостях керамічні цегли й камені ділять на три групи: перша – ефективні, щільністю не більше 1400 - 1450 кг/м³ з високими теплозахисними властивостями; друга - умовно-ефективні, щільністю 1450 - 1600 кг/м³; третя - звичайна цегла щільністю понад 1600 кг/м³.

     Керамічна цегла має форму прямокутного паралелепіпеда розміром 250х120х65мм, із прямими ребрами, чіткими гранями  й рівними лицьовими поверхнями; скривлення ребер і граней цегли  не повинне перевищувати 3мм. Модульна цегла має розмір 250х120х88мм і випускається із круглими або щілинними порожнечами, щоб маса однієї цегли була не більше 4кг. Відхилення від розмірів не повинні перевищувати встановлених величин.

     Цегла не повинна мати механічних ушкоджень і наскрізних тріщин. Цегла повинна бути нормально обпалена; цегла недопалена і перепалена - брак. Після обпалу цегла повинна відповідати кольорам еталона нормально обпаленої цегли. Не допускаються вапняні включення (дутики), що викликають руйнування цегли.[17]

     Залежно від межі міцності при стиску цеглу ділять на марки: 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300. Щільність суцільної цегли 1600 - 1900 кг/м³, його теплопровідність 0,7 - 0,82 Вт/(м * З). Водопоглинення цегли вище марки 150 повинне бути не менш 6 %, цегли інших марок не менш 8 %. Ця вимога забезпечує певну пористість цегли, інакше вона стане занадто теплопровідна і буде погано сцеплюватися з будівельним розчином. Морозостійкість цегли не менш 15 циклів поперемінного заморожування й відтавання; передбачені й більше високі марки морозостійкості: Мрз 25, Мрз 35, Мрз 50.

     Цеглу застосовують в основному для  кладки стін будинків, виготовлення зборень стінових панелей, кладки печей і димарів.

     Нижче наведені зразки стінової цегли КЦЗ, яку випускає Красноперекопський цегельний завод, (АРК Крим): 

     

     Рисунок 3.2 Ліворуч на право: звичайна рядова цегла, рядова цегла КЦЗ, лицьова цегла КЦЗ.

     

     Рисунок 3.3 Фігурні (фасонні) цегли.

     

     Рисунок 3.4 Одинарна й стовщена цегла.

     

     Рисунок 3.5 Цегла класичного і піскового кольору.

       

     Рисунок 3.6 Гладка, рифлена і крацьована цегла.

     

     Рисунок 3.7- Повнотіла й пустотіла цегла КЦЗ. 

     Одним з відомих способів підвищення якості керамічної цегли є нанесення вологоутримуючої суміші (ВУС) на поверхню формуємого бруса перед його розрізкою. Виникаюче при сушінні сирцю ядро ущільнення викликає деформації, що розтягують, які приводять до утворення тріщин на гранях (мал. 3.8.). Нанесення ВУС на лицьові грані дозволяє вести сушіння з боку плашкових граней, що супроводжується деформаціями стиску, і тріщини не утворяться. У цьому випадку можна навіть посилити режим сушіння в певних межах. Ще одним позитивним фактором такої обробки сирцю є усунення висолів на лицьових поверхнях, що дозволяє одержати цеглу рівномірного яскравого кольору. [5]