Керамика. Понятие и ее классификация

Керамическими называют материалы и изделия, изготовляемые формованием и обжигом глин, "keramos"- на древнегреческом языке означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины.

Большая прочность, значительная долговечность, декоративность многих видов керамики, а также распространенность в природе сырьевых материалов обусловили широкое применение керамических материалов и изделий в строительстве.

Керамические изделия по плотности можно условно разделить на две основные группы: пористые и плотные.

Пористые керамические изделия впитывают более 5% по весу воды. В среднем водопоглощение пористых изделий составляет 8 - 20% по весу или 15 - 35% по объему.

Плотные изделия характеризуются водопоглощением менее 5%. Чаще всего оно составляет 2 - 4% по весу или 4 - 8% по объему.

По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов и изделий:

- стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый и легкий, камни керамические пустотелые);

- кровельные материалы и материалы для перекрытий (черепица, керамические пустотелые изделия);

- облицовочные материалы для наружной и внутренней облицовки (кирпич и камни лицевые, плиты керамические фасадные, малогабаритные плитки);

- материалы для полов (плитки);

- материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, в частности трубы, теплоизоляционные, огнеупорные и др.);

- заполнители для легких бетонов (керамзит, аглопорит).

Сырье для изготовления керамики и требования к нему

Сырьевыми материалами для производства керамических изделий являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще - в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами и др.). Глинистое сырье – продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород. Под каолинами и глинами понимают природные водные алюмосиликаты с различными примесями, способные при замешивании с водой образовывать пластичное тесто, которое после обжига необратимо переходит в камнеподобное состояние теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.

Каолины содержат значительное количество частиц меньше 0,01 мм; после обжига сохраняют белый цвет.

Глины более разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями.

Наиболее важными свойствами глин являются пластичность, воздушная усадка (дообжиговые свойства), огнеупорность, спекание и огневая усадка (обжиговые свойства).

Пластичность глин - способность глиняного теста изменять форму без разрыва и нарушения сплошности под действием внешних усилий и сохранять приданную форму после прекращения их действия. Пластичными свойствами каждая глина обладает в определенном диапазоне влажности. Пластичность зависит от вида и количества глинообразующих минералов в глине.

Воздушная усадка - уменьшение объема образца при его сушке. При затворении глин водой происходит набухание, т.е. увеличение объема. Удаление из глин воды сопровождается воздушной усадкой в результате действия капиллярных сил. Величина относительной воздушной усадки может быть 2... 10 % и более. Наибольшей усадкой обладают монтмориллонитовые глины, наименьшей - каолинитовые.

Огнеупорность - способность глин, не расплавляясь, выдерживать действие высоких температур. По огнеупорности глины делят на три класса: огнеупорные - с огнеупорностью выше 1580 °С, тугоплавкие - 1580... 1350, легкоплавкие - ниже 1350 °С.

Способность глин при обжиге уплотняться с образованием камнеподобного материала называется спекаемостью. В процессе спекания масса уплотняется, вследствие чего происходит огневая усадка, которая у глин колеблется от 2 до 8 %.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными» они отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют отощающие добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10-15% – «тощие» глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например бентонитовую глину.

Отощающие материалы

Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающнх добавок используют шамот, дегидратированную глину, песок, золу ТЭС, гранулированный шлак.

Шамот - зернистый керамический материал (с зернами 0,14-2 мм), получаемый измельчением глины, предварительно обожженной при той же температуре, при которой обжигаются изделия. Его можно получить, измельчая отходы обожженного кирпича. Шамот улучшает сушильные и обжиговые свойства глин, поэтому его применяют для получения высококачественных изделий - лицевого кирпича, огнеупоров и т.д.

Дегидратированная глина при температуре 700- 750 °С, добавляемая в количестве 30-50 %, улучшает сушильные свойства сырца и внешний вид кирпича.

Песок (с зернами 0,5-2 мм) добавляют в количестве 10-25%.

Гранулированный доменный шлак (с зернами до 2 мм)-эффективный отощитель глин при производстве кирпича. Роль отощителей выполняют также золы ТЭС и выгорающие добавки.

Порообразующие и пластифицирующие добавки

Порообразующие материалы вводят в сырьевую массу для получения легких керамических изделий с повышенной пористостью и пониженной теплопроводностью. Для этого используют вещества, которые при обжиге диссоциируют с выделением газа, например СО2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

Выгорающие добавки: древесные опилки, измельченный бурый уголь, отходы углеобогатительных фабрик, золы ТЭС и лигнин не только повышают пористость стеновых керамических изделий, но также способствуют равномерному спеканию керамического черепка.

Пластифицирующими добавками являются высокопластичные глины, бентониты, а также поверхностно-активные вещества - сульфитно-дрожжевая бражка (СДБ) и др.

Плавни, глазури и ангобы

Плавни добавляют в глину в тех случаях, когда необходимо понизить температуру ее спекания. К ним относят: полевые шпаты, железную руду, доломит, магнезит, тальк и т.п.

Для придания декоративного вида и стойкости к внешним воздействиям поверхность некоторых керамических изделий покрывают глазурью или ангобом. Глазури - это стекла, которые могут быть прозрачными и непрозрачными (глухими), различного цвета. Главными сырьевыми компонентами глазури являются: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочно-земельных металлов, оксиды свинца, борная кислота, бура и др. Ангоб приготовляют из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на поверхность еще не обоженного изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому цветная поверхность получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

Обжиг

При обжиге происходят изменения в глинообразующих минералах, примесях и добавках. В интервале температур 550...600 °С происходит дегидратация глинистых минералов, т.е. удаление химически связанной воды. Так из минерала каолинита образуется метакаолинит (Al₂O₃·2SiO₂), имеющий почти аморфное строение.

При повышении температуры до 850 °С метакаолинит распадается с образованием глинозема (g-Al₂O₃) и кремнезема (SiO₂), взаимодействующих между собой при температурах 920...980 °С с образованием нового минерала муллита (3Al₂O₃·2SiO₂) в аморфной, стекловидной форме, который обладая высокой прочностью, твердостью, химической стойкостью, придает керамическим изделиям наиболее ценные свойства.

Параллельно идут процессы и в примесях: дегидратация гипса, слюды, гидроксидов железа, декарбонизация известняков и доломитов, модификационные превращения кварца, выгорание органики и др. Образующиеся при этом оксиды взаимодействуют с избыточным аморфным кремнеземом с образованием жидкой фазы – силикатного расплава.

Количество расплава зависит от температуры обжига, а также от химико-минералогического состава глинистого сырья, наличия добавок, реакционной способности и дисперсности компонентов шихты, состава печной среды и продолжительности обжига.

Нарастание плотности и прочности изделий при обжиге объясняется не столько образованием керамического стекла – муллита и ряда других соединений, сколько действием прослоек образовавшегося расплава, который за счет энергии поверхностного натяжения сближает и связывает твердые тугоплавкие частицы.

Уплотнение и упрочнение керамических изделий при обжиге называется спеканием, которое сопровождается огневой усадкой (до 6 %). Степень спекания тесно связана с количеством образовавшегося при обжиге расплава.

Обжиг изделий стеновой керамики, которые должны обладать прочностью и пористостью, ведут в условиях, когда в изделиях образуется минимальное количество расплава (6...8 %), что обеспечивает лишь цементацию всей системы и достаточную прочность керамического черепка (R_сж > 5 МПа) после обжига.

Обжиг изделий, которые в условиях эксплуатации должны быть плотными, прочными, износостойкими и водонепроницаемыми (плитки для полов), ведется при более высоких температурах (до 1250 °С), до полного спекания. Это позволяет получить плотный спекшийся черепок с малыми значениями пористости и водопоглощения (не более 3,8 %).

Степень спекания глин определяет пористость керамического черепка после обжига, следовательно, и многие его свойства: плотность, прочность, теплопроводность, водостойкость, водонепроницаемость, водопоглощение и др.

По степени спекания керамические изделия делят на две группы:

– пористые изделия, имеющие землистый излом, шероховатую поверхность, издающие при ударе глухой звук, с водопоглощением по массе более 5 %;

– плотные изделия, имеющие блестящий раковистый излом, издающие при ударе чистый звук, водонепроницаемые с показателем водопоглощения по массе менее 5 %.

Свойства строительной керамики

Пористость керамического черепка обычно составляет 10-40%, она возрастает при введении в керамическую массу порообразующих добавок. Стремясь снизить плотность и теплопроводность, прибегают к созданию пустот в кирпиче и керамических камнях.

Водопоглощение характеризует пористость керамического черепка. Пористые керамические изделия имеют водопоглощение 6-20 % по массе, т.е. 12-40 % по объему. Водопоглощение плотных изделий гораздо меньше: 1-5 % по массе (2-10 % по объему).

Теплопроводность абсолютно плотного керамического черепка большая-1,16 Вт/(м °С). Воздушные поры и пустоты, создаваемые в керамических изделиях, снижают плотность и значительно уменьшают теплопроводность, так, например, снижение плотности стеновых керамических изделий с 1800 до 700 кг/м3 понижает их теплопроводность с 0,8 до 0,21 Вт/(м °С).

Прочность зависит от фазового состава керамического черепка, пористости и наличия трещин. Марка стенового керамического изделия (кирпича и др.) по прочности обозначает предел прочности при сжатии, однако при установлении марки кирпича наряду с прочностью при сжатии учитывают показатель прочности при изгибе, поскольку кирпич в кладке подвергается изгибу.

Морозостойкость. Марка по морозостойкости обозначает число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживает керамическое изделие в насыщенном водой состоянии без признаков видимых повреждений (расслоение, шелушение, растрескивание, выкрашнвание). Керамические изделия имеют марки по морозостойкости: 15, 25, 35, 50, 75, 100 в зависимости от своей структуры.

Паропроницаемость стеновых керамических изделий способствует вентиляции помещений. Малая паропроницаемость нередко служит причиной отпотевання внутренней поверхности стен помещений с повышенной влажностью воздуха. Неодинаковая паропроницаемость слоев, из которых состоит наружная стена, вызывает накопление влаги.

Виды изделий из керамики. Стеновая керамика

К стеновым керамическим материалам относятся: кирпич обыкновенный, кирпич утолщенный, кирпич модульных размеров, камни, стеновые блоки и панели. К этим материалам предъявляются требования в отношении прочности, средней плотности, теплопроводности, морозостойкости и водостойкости.

В качестве сырья для изготовления кирпича применяют легкоплавкие глины, имеющие в своем составе до 75 % кремнезема, и суглинки с отощающими добавками или без них. Производство керамического кирпича осуществляется двумя способами - пластическим и полусухим. Кирпич должен быть нормально обожжен.

Недожженный кирпич (алого цвета) имеет недостаточную прочность и долговечность, а пережженный (железняк) - повышенную массу, прочность и сравнительно высокую теплопроводность и часто искаженную форму.

Кирпич керамический должен соответствовать требованиям ГОСТ по внешнему виду, прочности, плотности, морозостойкости и водопоглощению.

Кирпич керамический применяется для кладки внутренних и наружных стен, столбов, сводов и других частей зданий, изготовления стеновых блоков и панелей, а также для кладки печей и дымовых труб лишь в тех зонах, где температура не превышает температуры обжига кирпича.

Требования к качеству и приемка изделий

Керамические кирпичи (рядовые − 250×120×65 мм и утолщенные − 250×120×88 мм) и камни (250×120×138 мм) сплошные (пустотность до 13 %) и эффективные (пустотность до 45 %) являются самыми массовыми изделиями, применяемыми для каменной кладки в зданиях и сооружениях.

Кирпичи и камни керамические выпускают марок по прочности 75...300 с вертикальными пустотами и марок 25...100 − с горизонтальными пустотами. Морозостойкость F 15, 25, 35, 50 циклов, водопоглощение не менее 8 % у полнотелых и не менее 6 % у эффективных изделий. Пустоты могут быть сквозными и несквозными, круглыми диаметром не более 20 мм, квадратными со стороной не более 20 мм, щелевидными шириной не более 16 мм. Поверхность изделий должна быть плоской, ребра − прямолинейными или закругленными (r ≤ 15 мм), ложковые и тычковые грани − гладкими или рифлеными.

Допуски для оценки качества кирпича по дефектам внешнего вида (таблица 1).

Таблица 1 − Дефекты внешнего вида кирпича керамического

Примечание: * − для лицевых поверхностей изделий по ГОСТ 7484-78.

Пустотелые камни. Их изготовляют так же, как и керамический кирпич, способом пластического формования. Пустотелые камни имеют следующие размеры; мм: длина - 250 и 288; ширина - 120, 138, 200 и 250; толщина - 138, 120, 80. Средняя плотность этих камней, высушенных до постоянной массы, 1300... 1400 кг/м3.

Применение керамики. Облицовочные изделия для наружной и внутренней отделки

Облицовочные керамические материалы применяют для наружной и внутренней отделки зданий различного назначения.

При наружной отделке отделывают фасады зданий. Керамические изделия для облицовки фасадов подразделяют на кирпич и камни лицевые, мелкие плитки, крупногабаритные плиты, ковровую керамику и фасонные детали для устройства карнизов, сливов, поясков, сандриков, тяг и т.д. Фасадные керамические изделия укладывают одновременно с кладкой стен.

Кирпич и камни керамические лицевые. Они отличаются точностью геометрических размеров и однородностью цвета. Для изготовления этих изделий применяют высококачественные глины. При подготовке сырьевой смеси к глинам добавляют отощающие добавки, а иногда специальные красители. Лицевой кирпич и камни изготовляют сплошными и пустотелыми, лицевую поверхность выполняют гладкой или рельефной. Для придания необходимого цвета их лицевые поверхности иногда покрывают глазурью или ангобом.

Кирпич и камни керамические лицевые подразделяют на рядовые и профильные. Рядовые изделия применяют для облицовки гладких поверхностей стен, а профильные - для кладки карнизов, сандриков, тяг, поясков и др. Облицовочный кирпич имеет те же размеры, что и керамический, т.е. 250х120х65 мм, лицевые камни - 250х120х138 мм. Эти изделия выпускают марок 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, водопоглощением 6 %, морозостойкостью не менее 25.

Плиты и плитки фасадные. Плиты фасадные керамические применяют так же, как и лицевые кирпичи и камни, для повышения долговечности наружных стен и придания им красивого внешнего вида.

Фасадные малогабаритные плиты. Наряду с крупногабаритными облицовочными керамическими плитами выпускают легкие облицовочные цветные и глазурованные плитки размерами от 46 х 21 до 296 х 102 мм, толщиной 4... 10 мм. Их применяют в крупнопанельном домостроении для отделки наружных поверхностей стеновых панелей, а также для облицовки цоколей различного назначения.

Ковровая керамика. Ковровая керамика представляет собой мелкоразмерные плитки различного цвета, глазурованные и неглазурованные. Эти плитки непосредственно на заводах набирают в ковры и наклеивают на бумажную основу. Для лучшего сцепления с раствором или бетоном тыльную сторону плиток делают рифленой. Применяют для облицовки крупных панелей и блоков в блочном и панельном домостроении, а также для облицовки стен вестибюлей и лестничных клеток зданий различного назначения.

Керамические изделия для внутренней отделки зданий. В зависимости от применяемого сырья их делят на майоликовые и фаянсовые. Фаянсовые плитки изготовляют из тугоплавких глин с добавкой кварцевого песка и плавней, веществ, понижающих температуру плавления, полевого шпата и известняка или мела. Они имеют белый или слабоокрашенный цвет. Лицевую поверхность их покрывают белой или цветной глазурью. Тыльную сторону плиток для лучшего сцепления с раствором делают рифленой. Майоликовые облицовочные плитки для внутренней облицовки изготовляют из легкоплавких глин с добавкой 20 % мела.

Плитки керамические для полов широко применяют в гражданском строительстве для устройства полов в помещениях с влажным режимом эксплуатации и повышенной интенсивностью движения (в санитарных узлах; кухнях, вестибюлях, коридорах, на предприятиях химической промышленности и т.д.). Полы из керамических плиток долговечны, гигиеничны, хорошо сопротивляются истиранию, легко моются. Отрицательным качеством этих полов является их высокая теплопроводность.

Поиск по сайту: