Керамические материалы и изделия

С использованием глинистого сырья и высокотемпературной обра­ботки получают материалы конструкционные, облицовочные и специаль­ного назначения: санитарно-технические, кислотостойкие, теплоизоляци­онные и огнеупорные.

К конструкционным керамическим материалам относятся кирпичи и камни, применяемые для возведения стен зданий, кровельная черепица, водопроводные, канализационные и дренажные трубы. Все эти материалы в процессе эксплуатации воспринимают действие различных видов нагру­зок: растягивающих, изгибающих, сжимающих, истирающих, ударных. Наибольший объем выпуска принадлежит стеновым материалам: кирпич разной модификации и камень керамические.

Керамические обжиговые стеновые материалы (изделия) из глиняно­го сырья применяют для кладки каменных, армокаменных (кирпичная кладка, упрочненная по вертикальным и горизонтальным швам арматурой) наружных и внутренних стен. Эти искусственные каменные материалы классифицируют:

- по способу формования - на изделия, полученные методом экстру­зии из пластичных масс и полусухого прессования;

- по назначению в конструкциях - на конструкционные для рядовой кладки под штукатурку или облицовку и лицевые с расшивкой швов, со­вмещающие функции конструкционного и облицовочного материала;

- по размерам - на кирпичи полнотелые и пустотелые и укрупнен­ные камни только пустотелые. Пустоты сквозные и несквозные, верти­кальные и горизонтальные могут иметь форму щелевидную или цилинд­рическую. Размеры изделий представлены на рис. 3.1 и в табл. 3.2;

- по средней плотности (кг/м) - на особо легкие до 600, легкие - 600 - 300, облегченные - 1300 - 1600, тяжелые - 1000 - 2200;

- по прочности изделия с вертикально расположенными пустотами марки (кгс/см) - 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, горизонтально - 25, 35, 50, 100;

- по морозостойкости - изделия рядовые марки F15, F25, F35, F50, F75, лицевые - F35, F50, F75, F100. При использовании лицевых изделий для внутренней облицовки марка по морозостойкости должна быть не ме­нее F15.

Рис. 3.1. Кирпичи обыкновенный и пустотелый: а - кирпич пластического формования: 1 - плашок; 2 - ложок; 3 - тычок; б, в, г - кирпичи полусухого прессования: пустотелый б - одинарный; в - модульный (полуторный); г - керамический семищелевой. Камни керамические: д - камни с 8-ю пустотами; е - камень с 8-ю пустотами; ж - кирпич с 6-ю пустотами

Виды основных стеновых керамических изделий

 

 

Таблица 3.2 Вид изделий Номинальные размеры, мм длина ширина толщина Кирпич одинарный       Кирпич утолщенный       Кирпич модульных размеров одинарный       Кирпич утолщенный с горизонтальным       расположением пустот       Камень       Камень модульных размеров укрупненный       Камень укрупненный 250 250 250 250 138 188         Камень укрупненный с горизонтальным       расположением пустот 250 250 200 250 80 88

 

Водопоглощение для полнотелого рядового и лицевого кирпича не менее 8 %, для рядовых и лицевых пустотелых изделий - не менее 6 %.

По теплотехническим свойствам и плотности керамические кирпичи и камни в высушенном до постоянной массы состоянии разделяют на три группы:

- эффективные, пустотелые, плотностью не более 1400 кг/м - кир­пич и 1450 кг/м - камни, улучшающие теплотехнические свойства стен и позволяющие уменьшить их толщину по сравнению со стенами из полно­телого кирпича;

- условно эффективные, малопустотелые, плотностью более 1400 кг/м³ - кирпич и 1450 кг/м - камни, улучшающие теплотехнические свойства ограждающих конструкций без снижения их толщины;

- обыкновенный кирпич плотностью свыше 1600 кг/м.

По СТБ 1160-99 условное обозначение керамических изделий долж­но состоять из названия изделия, вида и назначения изделия, марки по прочности и морозостойкости, обозначения настоящего стандарта.

Например, кирпич КРО (КЛО) - 100/35/СТБ 1160-99 - кирпич кера­мический рядовой (лицевой) полнотелый одинарный марки по прочности 100, морозостойкости F35. Камень КРУГ (КЛУГ) - 50/50/СТБ 1160-99 - камень керамический рядовой (лицевой) укрупненный с горизонтальным расположением пустот марки по прочности 50, морозостойкости F50.

Кирпич керамический обыкновенный применяют для кладки столб­чатых фундаментов в малоэтажных жилых и гражданских зданиях, стен подвалов и подпорных стен. Кирпич и камни керамические применяют для заводского изготовления стеновых блоков и панелей. Последние в зависи­мости от назначения выпускают одно-, двух- и трехслойными. В много­слойных панелях для наружных стен один из слоев с целью снижения теп­лопроводности выполняют из плитных теплоизоляционных материалов. Для отделки фасадных поверхностей панелей применяют лицевые кирпичи и камни или штукатурные растворы на декоративном портландцементе (белый или цветной) с добавками дробленых горных пород.

По мере ужесточения требований к величине нормального сопротив­ления теплопередаче ограждающих конструкций, связанных, прежде всего, с экономией энергоресурсов, совершенствуется технология производства стеновой керамики. Так полнотелый кирпич уступил место пустотелому, а в конце ХХ века была разработана технология получения поризованного кирпича (ГОСТ 530-95, ТУ 5741-017-03984362-98, DIN 105). Ячеистая структура материала, образованная за счет введения предусмотренных ми­неральных и органических порообразующих добавок, позволяет значи­тельно увеличить размеры изделия, в связи с чем возможен переход от многорядной кладки к однорядной, в которой длина кирпича соответствует толщине несущей стены. Применение укрупненных камней, имеющих на боковых гранях пазы и гребни, исключает необходимость выполнения вер­тикальных швов. Максимальный размер камней составляет 510х250х218 мм

₃

при плотности 790 кг/м, М125, F 75.

Для обеспечения максимального теплотехнического эффекта рацио­нально в качестве кладочного использовать раствор на легких заполните­лях (перлите, керамзите), обладающий пониженной теплопроводностью. Для исключения попадания раствора в пустоты его укладывают на пласти­ковую или стеклосетку. Такой тип кладки не только исключает так назы­ваемые «мостики холода», но и экономит расход кладочного раствора.

Одним из путей повышения теплозащитных свойств и качества стен является также использование шлифованных крупноразмерных, поризо- ванных, пустотелых камней, укладываемых на специальный клеевой со­став толщиной слоя 1 мм. Эти камни размером от 200х249х500 мм до 375х249х250 мм имеют соответственно вес 18,2 и 17,3 кг; термическое со­противление 0,76 и 3,06 м К/Вт, прочность на сжатие 12 и 8 МПа и звуко­изолирующую способность 44 и 51 дБ. При плотности 600 - 1400 кг/м их используют для кладки несущих однослойных наружных стен. Высокие эксплуатационные свойства изделий обеспечивает ввод в формовочную массу отощающих и поризующих добавок. В качестве первой используют шлифовальную пыль, полученную после обработки обожженных изделий, второй - смесь опилок и гранулированных бумажных отходов.

Глиняную черепицу применяют для устройства кровель в мало­этажном жилищном строительстве. Ее получают пластическим формова­нием из высоко- и среднепластичных высококачественных глин. В зависи­мости от формы и назначения выпускают пазовую штампованную, пазо­вую ленточную, плоскую ленточную, волнистую ленточную, S-образную ленточную и коньковую черепицу (рис. 3.2). Она должна иметь ровные края без отбитостей, гладкие поверхности без трещин и известковых включений. Нормально обожженная черепица при легком простукивании металлическим предметом издает чистый звук. Это долговечный материал, обладающий огнестойкостью, высокой плотностью, маркой по морозо­стойкости F 25 и прочностью на излом от 7 до 10 МПа. Однако черепица обладает большой массой (до 65 кг/м), хрупкостью, ее применение воз­можно только в кровле с уклоном не менее 30 %. С целью снижения веса и

облегчения кровли во Франции ленточную черепицу формуют пустотелой. Жесткие требования к качеству сырья, связанные с технологическими осо­бенностями получения, в значительной степени ограничивают производст­во этого материала. В настоящее время внедрено получение черепицы ме­тодом полусухого прессования со специальной обработкой поверхности, повышающей водонепроницаемость и морозостойкость кровельного мате­риала. Основное достоинство предлагаемой технологии - значительное расширение используемого сырья. Это могут быть глинистые сланцы, лес­совидные суглинки, малопластичные глины.

а б в Рис. 3.2. Виды глиняной черепицы: а - штампованная пазовая; б - ленточная пазовая; в - ленточная плоская; г - коньковая

 

Канализационные керамические трубы - длинномерные пустотелые изделия с плотным спекшимся черепком, полученным из огнеупорных и ту­гоплавких глин, покрытые снаружи и внутри кислотостойкой глазурью и имеющие на одном конце раструб. В настоящее время развивается производ­ство более экономичных безраструбных труб, которые соединяют муфтами- кольцами. Их применяют при строительстве безнапорных сетей для транс­портировки агрессивных отходов химических производств, а также водопро­водных сетей, проходящих в агрессивных грунтовых водах. Они более корро- зионностойки, чем чугунные, бетонные и железобетонные. Канализационные трубы производят диаметром 150 - 600 мм с длиной ствола 800 - 1200 мм и толщиной стенки 19 - 41 мм. Водопоглощение труб не более 8 %, кислото- стойкость не менее 93 %. Трубы должны выдерживать внутреннее гидравли­ческое давление не менее 0,15 МПа в течение 5 мин и внешнюю нагрузку на 1 м длины 20 - 30 кН в зависимости от диаметра труб.

Дренажные трубы - керамические неглазурованные изделия с глад­кой поверхностью и сквозными канавками или прорезями для повышения водопроницаемости. Такие трубы предназначены для сбора и отвода грун­товых вод с целью понижения их уровня и осушения почвы. Их выпускают без раструбов внутренним диаметром 40 - 200 мм, длиной 33 - 500 мм. Они должны выдерживать внутреннее гидравлическое давление не менее 0,05 МПа и иметь морозостойкость не ниже F 15.

Облицовочные материалы и изделия применяют для вертикальной и горизонтальной отделки поверхностей с целью защиты их от увлажне­ния, механического повреждения, воздействия огня, химических веществ, обеспечения требуемых гигиенических норм, удобства уборки, придания облицовочным поверхностям декоративности. Различают наружную обли­цовку и внутреннюю. Для облицовки фасадов применяют кирпич лицевой (сплошной и пустотелый), камни лицевые (пустотелые), керамические плитки, фасонные детали для устройства сливов, карнизов.

Кирпич и камни керамические лицевые отличаются от обыкновен­ных большей точностью формы и размеров, однородностью цвета и оттен­ка в данной партии. Эти изделия сочетают в себе свойства конструкцион­ных и отделочных материалов. Подбирая исходное сырье, вводя пигменты и регулируя время и температуру обжига, получают кирпич от белого до коричневого цветов. Для придания большей декоративности лицевую по­верхность отделывают ангобом или глазурью. Разработана также техноло­гия двухслойного кирпича с лицевым слоем из цветной или белой глины с красителями. Кроме изделий, имеющих строго геометрические формы, выпускают камни и кирпичи лицевые профильные, форма и размеры кото­рых оговариваются заказчиком.

При производстве плиток для облицовки фасадов применяют бело- жгущиеся, легкоплавкие глины с добавлением отощающих добавок и плавней. Их производят методом прессования из порошкообразных масс толщиной 4 - 9 мм и методом литья из керамических суспензий толщиной до 3 мм. Плитки могут быть квадратными и прямоугольными, размер их колеблется в широких пределах от 21х21 до 250х140 мм. Лицевая поверх­ность фасадных плиток может быть с естественно светлоокрашенным че­репком и глазурованной, а по фактуре - гладкой, рифленой, блестящей или матовой. Обратную сторону плиток делают рифленой для более прочного сцепления с раствором. Фасадные изделия должны иметь водопоглощение от 6 до 14 % и морозостойкость не ниже F 25. В зависимости от рельефа лицевой поверхности выпускают также цветные архитектурные плитки типа «ромб», «лепесток», «диагональная», «волна», «шары» и т.д. Плитки применяют для облицовки наружных поверхностей железобетонных сте­новых панелей, цоколей зданий, подземных пешеходных переходов и про­ездов транспорта. Керамические плитки не разрешают использовать для облицовки стен из кирпича и ячеистого бетона вследствие разной структу­ры материалов, возможного скопления влаги на границе раздела и, как следствие, отслоения облицовки.

Для внутренней облицовки используют керамические глазурован­ные и неглазурованные плитки квадратной (150х150 мм), прямоугольной (150х100 мм) и фигурной формы различных цветов и рисунков. Плитки всех сортов должны быть одного оттенка без трещин и волнистостей. Водо- поглощение плиток не должно превышать 16 %, средний предел прочности при изгибе не менее 12 МПа. Плитки должны выдерживать без появления дефектов перепады температур от 125 до 20 ^оС. Их применяют для облицов­ки внутренних стен лечебных и торговых помещений, столовых и кухонь, санитарных узлов, бытовых помещений, плавательных бассейнов и т.д.

Для отделки полов, к которым предъявляют требования по чистоте, износостойкости, химической стойкости и декоративности, выпускают ке­рамические (одноцветные и многоцветные) плитки, квадратные, прямо­угольные, шестигранные, пятигранные с длиной грани 50 - 150 мм, тол­щиной 10 - 13 мм, а также ковры из мелкоразмерных плиток определенно­го рисунка. Полы из керамических плиток водонепроницаемы, хорошо со­противляются истирающим усилиям, легко моются, они кислото- и щелоче- стойки, долговечны. Такие полы устраивают в помещениях, подверженных систематическому увлажнению. Это полы в санитарных узлах, банях, пра­чечных, вестибюлях, школах, торговых залах, на лестничных площадках жилых и общественных зданий, а также в производственных помещениях некоторых предприятий. Водопоглощение плиток не более 4 %, потеря мас­сы при истирании - не более 0,67 г/см², число твердости 7 - 8 по шкале Мооса, прочность на сжатие 180 - 250 МПа, кислотостойкость 92 - 98 %. Для повышения ударной прочности, стойкости к истирающим нагрузкам и действию мороза в состав жесткой формовочной массы вводят каменные высевки горных пород, например, гранита. Это позволяет получить высо­коплотные изделия с гладким или рельефным рисунком лицевой поверх­ности под природный камень различных оттенков, полированный и непо­лированный. Водопоглощение таких изделий составляет не более 0,04 %, истираемость до 0,1 г/см², марка по морозостойкости F 25, прочность на изгиб не менее 50 МПа. Плитки могут быть использованы как для внут­ренней, так и для наружной облицовки полов и ступеней.

К материалам и изделиям специального назначения относятся са- нитарно-технические: умывальники, раковины лабораторные, мойки, ванны и т.д. В качестве основного сырья используют беложгущиеся као­линовые глины, полевые шпаты для снижения температуры обжига, бой обожженных изделий - отощающие добавки. В зависимости от соотноше­ния в формовочной смеси глины и полевошпатных пород, придающих за счет стеклообразования при обжиге повышенную плотность и прочность керамическому черепку, методом литья получают фаянсовые, полуфарфо­ровые и фарфоровые изделия. Фаянсом называют белый пористый черепок водопоглощением 9 - 12 %, прочностью до 100 МПа. Все фаянсовые изделия глазуруют для придания им водонепроницаемости и улучшения внешнего вида. Фарфор - плотноспекшийся белый черепок прочностью 500 МПа, во- допоглощением 0,2 - 0,5 %, теплостойкий, химически стойкий и просвечи­вающийся в проходящем свете. Промежуточное положение по составу массы и свойствам занимает полуфарфор, обладающий повышенными са­нитарно-гигиеническими и механическими свойствами. Прочность изде­лий на сжатие составляет 150 - 200 МПа, водопоглощение 3 - 5 %.

Кислотоупорные изделия применяют для футеровки башен и ре­зервуаров на химических предприятиях, для устройства полов и защиты стен в цехах с агрессивными средами. Изделия (кислотоупорный кирпич, кислотоупорная и термокислотоупорная плитка, фасонные детали) должны быть химически стойкими, обладать прочностью и термической устойчи­востью. Эти свойства изделиям обеспечивает, прежде всего, целенаправ­ленный подбор сырья, основу которого составляют чистые кислотоупор­ные, тугоплавкие и огнеупорные глины, спекающиеся при температуре 1100 - 1200 ^оС. Кирпич кислотоупорный выпускают трех классов - А, Б и В. Качество изделий оценивают по кислотостойкости (не менее 96 %), водо­поглощению (не более 8,5 %), пределу прочности при сжатии (не менее 35 МПа), термической стойкости (количество теплосмен не менее 2) и во­донепроницаемости (48 - 24 ч). В зависимости от назначения и состава ки­слотостойкие плитки производят следующих марок: КФ - керамические фарфоровые, ТКД - термокислотоупорные дунитовые (дунит - горная по­рода, повышающая термостойкость); КШ - кислотоупорные шамотные (шамот - спекшаяся термостойкая глина); ТКШ - термокислотоупорные для строительных конструкций. Соответствие изделий ГОСТу проверяют по тем же показателям, что и кирпич.

Огнеупорные материалы в виде кирпича, фасонных изделий ис­пользуют для футеровки печей, топок и других аппаратов, работающих при высоких температурах. К этим материалам предъявляют требования по прочности, огнеупорности, теплостойкости, химической стойкости против воздействия различных газов, расплавленных металлов, шлаков, стекломас­сы. По огнеупорности их разделяют на огнеупорные (1580 - 1770 ^оС), высо­коогнеупорные (1770 - 2000 ^оС) и высшей огнеупорности (выше 2000^оС). В зависимости от химико-минералогического состава их классифицируют на динасовые кремнеземистые (до 1780 ^оС, прочность 15 - 35 МПа), ша­мотные (до 1750 ^оС, прочность при сжатии 10 - 12,2 МПа) и высокоглино­земистые (2000 ^оС и выше).

К теплоизоляционным керамическим материалам относятся диа- томитовые, пенодиатомитовые, перлитодиатомитовые изделия теплопро­водностью 0,09 - 1,15 Вт/м-°С, а также такие рыхлые, сыпучие материалы, как керамзитовый щебень, гравий, песок, аглопоритовый песок и щебень (СТБ 4.201-94). Теплоизоляционные материалы в виде высокопористого огнеупорного (пенокерамика) кирпича получают из осадочных глини­стых горных пород - трепела и диатомита. Высокую пористость обеспечи­вают вводимые в формовочную массу выгорающие и(или) пенообразую- щие добавки. Наибольшее снижение средней плотности достигается соче­танием трех технологических приемов: повышенного водозатворения, вве­дением пористого заполнителя (вспученного перлитового песка) и возду- хововлекающих добавок. Плотность полученных изделий колеблется от 300 до 500 кг/м, предел прочности при сжатии 0,6 - 1,2 МПа. Основная область применения - тепловая изоляция строительных конструкций и со­оружений, промышленного оборудования и трубопроводов при темпера­туре изолируемых поверхностей до 900 ^оС.

Керамзит представляет собой гравий ячеистой структуры. Сырьем для его получения служат хорошо вспучивающиеся легкоплавкие пластич­ные глинистые породы с добавкой минералов, содержащих большое коли­чество кристаллизационно связанной воды (гидрослюды) или золы ТЭС (до 50 %). Увеличение объема материала (вспучивание) в процессе обжига происходит в результате газо- и парообразования в размягченной, частич­но расплавленной массе полуфабриката и приводит при быстром охлажде­нии к фиксации пористой замкнутой структуры оплавленных с поверхно­сти гранул. Наибольшее распространение получил пластический способ изготовления керамзита. Глинистое сырье проходит несколько стадий по­мола и перемешивания до получения однородной пластичной массы, из которой на дырчатых вальцах или специальных прессах формуют сырцо­вые гранулы в виде цилиндриков диаметром 6 - 12 мм. Их окатывают,

подсушивают и подают во вращающуюся печь на обжиг и вспучивание. При охлаждении керамзита с целью придания заданной прочности за счет образования из расплава кристаллов сначала температуру с 1150 до 600 - 800 ^оС снижают медленно, а затем быстро для создания защитной оплав­ленной поверхности, обеспечивающей материалу замкнутую, ячеистую структуру. По крупности гранулы могут быть от 5 до 40 мм, насыпной плотности 150 - 800 кг/м, пределу прочности на сжатие 0,4 - 4 МПа, во- допоглощению 15 - 25 % вследствие высокого содержания замкнутых пор, при общей пористости до 80 %, морозостойкости не менее 15 циклов.

Наиболее широкое применение керамзит нашел при производстве керамзитобетонных стеновых панелей, а также панелей покрытий и пере­крытий. Как сыпучий, легкий теплоизоляционный материал, керамзит применяют для заполнения колодезной кладки при возведении наружных стен, утепления полов и крыш.

Аглопорит получают путем спекания на специальной колосниковой решетке гранулированной смеси (шихты), состоящей из воды, мало­пластичных глинистых пород (суглинков, трепела, опоки), промышленных отходов (зол, шлаков тепловых электростанций) и продуктов обогащения угля или горючих сланцев. Сверху шихту поджигают. За счет горения угля (сланцев), опилок создается высокая температура (до 1400 - 1500 ^оС), обеспечивающая образование пористой остеклованной массы, которую по­сле охлаждения дробят на щебень фракции (размера) 5 - 40 мм и песок 0,14 - 5 мм. Насыпная плотность аглопорита составляет в зависимости от фракции от 400 до 1100 кг/м, прочность при сдавливании в цилиндре от 0,3 до 1,6 МПа. Основное применение аглопорита - заполнитель для кон­струкционных легких бетонов и теплоизоляционных засыпок. Применение керамических материалов представлено в табл. 3.3.

Таблица 3.3

Применение керамических материалов в строительстве

Вид материала (изделия)	Область применения
Конструкционные материалы
Кирпич полнотелый, рядовой пластическо­го прессования	Столбчатые фундаменты в малоэтажных зданиях, стены подвалов
Кирпич пустотелый утолщенный, модульный Камни пустотелые утолщенные, модуль­ные, укрупненные	Наружные и внутренние стены, заводское производство крупноразмерных блоков и стеновых панелей (одно- и многослойных)
Кирпич и камни пустотелые крупнофор­матные из поризованной керамики	Наружные и внутренние стены

 

Окончание табл. 3.3     Черепица разной формы и назначения Устройство скатных кровель с уклоном не менее 30 % Трубы: - канализационные, глазурованные - дренажные Транспортировка и отвод промышленных и хозяйственных стоков Отвод грунтовых вод при строительстве и мелиорации Облицовочные материалы и изделия Кирпич и камни лицевые, профильные Облицовка фасадов Плитки фасадные и коврово-мозаичные Облицовка фасадов и цоколей зданий, под­земных переходов Плитки глазурованные и неглазурованные различной формы, цвета и фактуры поверх­ности Облицовка помещений с влажным режимом эксплуатации и повышенными гигиениче­скими требованиями (больницы, магазины, бассейны и т. д.) Плитки одноцветные и многоцветные, раз­ной формы и размеров толщиной 10 - 13 мм Облицовка полов, к которым предъявляют требования по износостойкости, чистоте, водо- и химической стойкости, декоратив­ности Санитарно-технические изделия Фаянсовые, полуфарфоровые и фарфоровые изделия сложной конфигурации (умываль­ники, мойки, ванны, раковины и т. д.) Оборудование санитарно-технических помещений, химических лабораторий Кислотоупорные изделия Кирпич класса А, Б, В Устройство полов повышенной износо­стойкости на химических предприятиях Плитки фарфоровые, шамотные, дунитовые Защита от разрушения технологического оборудования и строительных конструкций (стен, полов) Теплоизоляционные материалы Кирпич пено-, перлитодиатомитовый Теплоизоляция технологического оборудо­вания, трубопроводов Рыхлые сыпучие материалы: керамзит, аглопорит Теплоизоляционные засыпки для утепления крыш, полов, стен при выполнении коло­дезной кладки. Производство стеновых блоков, крупноразмерных ограждающих конструкций. Выполнение теплоизоляционных акустиче­ских штукатурок Огнеупорный кирпич, фасонные изделия Футеровка высокотемпературного техноло­гического оборудования с температурой свыше 1580 °С