СТЕНОВЫЕ И КРОВЕЛЬНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Санитарно-техническую керамику(раковины, унитазы, трубы, химическая посуда и т. п.) изготовляют из фаянса и фарфора.

Фаянс (от названия итальянского города Фаэнца) — разновид­ность тонкой керамики, получаемая из беложгущихся глин (60...65 %), кварца (30...35 %) и полевого шпата (3...5 %). Отформо­ванное из пластичной массы и высушенное изделие подвергают первичному (так называемому «бисквитному») обжигу при темпера­туре 1250... 1280 °С; после чего на его поверхность наносится глазур­ная масса и производится повторный обжиг (1050... 1150 °С) для гла­зурования. Глазурование фаянса необходимо, так как он имеет по­ристый черепок (П = 20...25 %) и высокое водопоглощение (9...12%).

Фарфор (от перс, фагефур) — изделия тонкой керамики с плот­ным черепком — получают так же, как и фаянс из беложгущихся глин (около 50 %), но с большим содержанием полевых шпатов (20...24 %) и меньшим содержанием кварца (20...25 %). Фарфор имеет плотный, полностью спекшийся черепок, просвечивающий в тонком слое. Фарфоровые изделия санитарно-технического назна­чения также покрывают глазурью для придания им гладкости и по­вышения санитарно-гигиенических свойств.

Физико-механические свойства фарфора и фаянса приведены в табл. 5.2.

Керамические санитарно-технические изделия отличаются де­коративностью, универсальной химической стойкостью; благодаря твердой и гладкой поверхности они легко чистятся, длительное вре­мя сохраняя свои свойства. Недостаток таких изделий, как и кера­мики в целом,- хрупкость. Несмотря на это, керамика остается лучшим материалом для санитарно-технических изделий.

Канализационные трубы изготовляют из пластичных тугоплавких глин и покрывают глазурью снаружи и изнутри, что обеспечивает их полную водонепроницаемость, химическую стойкость и высо­кую пропускную способность. Такие трубы выдерживают гидроста­тическое давление более 0,2 МПа.

Керамические трубы имеют небольшую длину 800... 1200 мм, но довольно большой диаметр 150...600 мм. Трубы соединяются друг с другом с помощью раструбов, отформованных на одном конце каж­дой трубы.

Дренажные трубыдля мелиоративных работ изготовляют из кир­пичных высокопластичных глин. Выпускают гладкие неглазурованные трубы, фильтрующие через свою толщу, и глазурованные с рас­трубами и перфорацией на стенках.

Клинкерный (дорожный) кирпичизготовляют из тугоплавких глин обжигом до полного спекания. Он имеет меньшие размеры (220 х х ПО х 65 мм), чем обыкновенный стеновой кирпич, низкое водопоглощение (2...6 %), высокую прочность при сжатии (40...100 МПа) и морозостойкость не менее F100. Такой кирпич используют для мощения дорог и тротуаров, устройства полов промышленных зда­ний, кладки канализационных коллекторов.

Огнеупорные материалыполучают по керамической технологии (формование, сушка, обжиг) из различных сырьевых компонентов. Их разделяют на огнеупорные (температура размягчения 1580... 1770 °С), высокоогнеупорные (1770...2000 °С) и высшей огнеупорности (> 2000 °С). В зависимости от химико-минерального состава огне­упоры могут быть кремнеземистые, корундовые (на основе А1₂О₃), алюмосиликатные, магнезиальные на основе MgO (периклазовые), хромитовые, графитовые (углеродистые). Выбор огнеупора произ­водят по двум показателям: температуре размягчения и стойкости в той среде, где он будет работать (расплавы стекла, шлаков или ме­талла, химически активные газы и т. п.). Наибольшее применение в строительстве имеют кремнеземистые и алюмосиликатные огнеупо­ры.

Кремнеземистые огнеупоры(основной компонент SiO₂) по стро­ению могут быть стеклообразные (кварцевое стекло) и кристалличе­ские (динасовые огнеупоры).

Кварцевое стекло хорошо работает при температурах до 1000 °С; при более высоких температурах оно расстекловывается (кристал­лизуется) и крошится.

Динасовые огнеупоры получают обжигом при температуре около 900 °С кварцевого сырья (молотый кварцевый песок с добавкой из­вестковой или другой связки). Динасовые огнеупоры содержат не

менее 93 % SiO₂ в виде устойчивых к высоким температурам моди­фикаций тридимита или кристобалита. Огнеупорность — 1600... 1700 °С. Их применяют для сводов стеклоплавильных и стек­ловаренных печей.

Алюмосиликатные огнеупоры делят на три группы: полукислые, шамотные и высокоглиноземистые.

Полукислые огнеупоры изготовляют обжигом кварцевых пород на глиняной связке (содержание SiO₂ > 65 %; А1₂О₃ < 28 %). Огнеупор­ность-1580...1700 °С.

Шамотные огнеупоры получают обжигом смеси шамота и огне­упорной глины. Они содержат 30...35 % А1₂О₃. Отличаются термо­стойкостью и шлакоустойчивостью. Огнеупорность таких материа­лов — до 1500 °С. Применяют в стекловаренной и цементной про­мышленности.

Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45 % А1₂О₃; по­лучают из бокситов. Их огнеупорность увеличивается с повышени­ем содержания А1₂О₃ и при 60 % и более глинозема составляет 2000 °С. Применяют для кладки доменных и стекловаренных печей.

Для обеспечения высокотемпературной тепловой изоляции вы­пускают легковесные огнеупоры с р_т = 400... 1300 кг/м³ и пористостью соответственно 85...45 %. Использование легковесных огнеупоров существенно снижает расход топлива (в 2—3 раза) и продолжитель­ность разогрева печей (в 3—4 раза).

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 греч. plinthos — кирпич). Плинфа использовалась и в древнерусском зодчестве. Так, при строи­тельстве Софийского собора в Киеве использовалась плинфа разме­ром около 400 х 400 мм 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» (289 х 189 х 67 мм). Первый российский кирпич, предусматривавший перевязку швов, был «Государев кирпич». В со­временных размерах кирпич был узаконен стандартом в 1927 г. 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) (рис. 5.2, б).

Приняты следующие названия граней кирпича (рис. 5.2, а): 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 (табл. 5.1).

Методика испытания кирпича для определения его марки дана в лабораторной работе № 5.

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:

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

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

Решение этих проблем возможно путем формования крупнораз­мерных керамических изделий со сквозными пустотами. Наличие пустот не только снижает массу и, соответственно, плотность изде­лий, но и ускоряет и облегчает процессы сушки и обжига, так как изделие прогревается быстрее и равномернее через наружные и

внутренние поверхности. А именно неравномерность влажности и температуры по сечению изделия вызывают коробление и растрес­кивание. Поэтому пустотелые камни и кирпич имеют меньше де­фектов и прочность их, несмотря на большой процент пустот (до 45 %), такая же, как у полнотелого кирпича.

Эти же пустоты снижают плотность кирпича и камней до 1400...1200 кг/м³ и, соответственно, теплопроводность до 0,6... 0,4 Вт/(м • К). За пустотелым кирпичом и камнями укрепилось на­звание «эффективная керамика».

Пустотелыми считаются кирпич и камни, объем пустот которых более 13 %. Форма и размер пустот могут быть различными (рис. 5.3). Расположение пустот преимущественно вертикальное, но до­пустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенны­ми пустотами (рис. 5.4).

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.

Дополнительное снижение плотности и улучшение теплотехни­ческих показателей керамического кирпича и камней можно дос­тичь, включая в сырьевую массу выгорающие добавки (опилки, угольную мелочь и т. п.) или позируя глиняную массу. Используя технологию поризации керамического черепка, ЗАО «Победа-Кна-уф» (Санкт-Петербург) организовало производство пустотелых ке­рамических камней (250 х 120 х 142 мм) с плотностью 950 кг/м³ и маркой по прочности 150 и 200 (кгс/см ) при морозостойкости не ниже F35. Крупноформатные блоки того же предприятия размером 510 х 260 х 219 мм имеют пустотность 52 % и среднюю плотность 800 кг/м (на 20 % легче воды); марка блоков по прочности 50... 100 (кгс/см ) и морозостойкость не ниже F35. Теплопроводность кладки из таких блоков 0,20 Вт/(м • К), что в 4 раза ниже, чем из полнотелого кирпича.

Пустотелый кирпич и камни нельзя использовать для клад­ки фундаментов, подвалов, цоколей и других частей зданий, где они могут контактировать с водой. Замерзание воды, по­павшей в пустоты кирпича или камней, сразу приводит к их разрушению,