Экономика производства и применения керамических материалов

Оглавление

Введение 3

Экономика производства и применения керамических материалов 4

Заключение 10

Список литературы 11

Вопросы по теории. 12

Введение

В условиях научно-технического прогресса роль керамических материалов, обладающих комплексом ценных свойств - термостойкостью, высокой механической прочностью, жаропрочностью, высокой  электроизоляционной способностью, магнитными свойствами и многими  другими, - постоянно растет. Новые  виды керамики необходимы для развития ряда отраслей современной техники - энергетики, в том числе атомной, электроники, радиотехники, для освоения космоса и океана.

Важнейшие свойства строительных материалов определяют области их применения. Только глубокое и всестороннее знание свойств материалов позволяет рационально  и в техническом, и в экономическом  отношениях выбрать материал для  конкретных условий использования.

Другой важной задачей является опережающее развитие промышленности строительных материалов, неуклонное снижение себестоимости и удельных капитальных вложений.

Применение строительных материалов далеко не ограничивается использованием их только для целей строительства. Без них не может существовать ни одна область техники.

При резкой ограниченности земельных ресурсов и жестких  нормативов охраны окружающей среды резко возросла потребность в материалах, из которых можно создавать изделия и устройства с заданными функциональными характеристиками. Очевидно, что для разработки материалов XXI века потребуется комплексная система наук, которая позволит создать общую технологию материалов и выйдет за пределы концепции разработки технологии отдельных материалов.

Экономика производства и применения керамических материалов

Большие запасы повсеместно  распространенного сырья, сравнительная  простота технологии и высокая долговечность  керамических материалов выдвинули  их на одно из первых мест среди других строительных материалов. Так, выпуск керамического кирпича составляет около половины объема производства всех стеновых материалов, керамические облицовочные плитки все еще остаются основными материалами для отделки  санитарных узлов и многих других помещений, не потеряли своего значения и керамические материалы для  наружной облицовки здания.

В последние годы керамическое производство в мире переживает период ренессанса. В странах Евросоюза, Азии основным материалом для строительства  жилья является керамический кирпич. После многочисленных экспериментов  приходят к пониманию того, что  в строительстве жилых и общественных зданий необходимо использовать традиционные строительные материалы - добротные, долговечные, экологичные. Появились современные  керамические заводы в Башкортостане, в Самаре, в Москве и Подмосковье.

Керамика — собирательное название широкой группы искусственных каменных материалов, получаемых формованием  из глиняных смесей с последующей  сушкой и обжигом. На древнегреческом  языке «керамос» означало гончарную  глину, а также изделия из обожженной глины.

Керамика — древнейший строительный материал. Археологами обнаружены остатки  зданий и сооружений из керамического  кирпича в Древнем Египте и  Ассирии, датируемые III—I тысячелетиями  до нашей эры. Кирпич был известен в Древней Индии и Китае. В  Древней Греции керамика применялась  для кровель и украшения фасадов. Первый храм Геры в Олимпии (VII в. до н. э.) имел черепичную крышу и украшения  из терракоты.

Простота технологии и неисчерпаемая  сырьевая база для производства керамических изделий самых разнообразных  видов предопределили их широкое  и повсеместное распространение. Этому  способствовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конструктивных элементах зданий и сооружений.

По назначению керамические изделия  делят на следующие виды: – стеновые (кирпич и керамические камни); –  кровельные (черепица); – изделия  для облицовки фасадов (лицевой  кирпич, терракотовые плиты, мозаичные  плитки и др.); – изделия для  внутренней облицовки стен; – плитка для полов и элементы мощения; – санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы); –  специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, тепло изоляционная); –  заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком.

В зависимости от структуры черепка  керамические изделия разделяются  на две группы: пористые и плотные.

Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка  более 5 % по массе (в среднем 8…20%). К  ним относятся все виды кирпича  и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

Плотными считают изделия, водопоглощение черепка у которых менее 5 % (обычно 2…4 %); эти изделия практически  водонепроницаемы. К ним относятся  плитки для полов, керамогранит, санитарный фарфор и т. п.

Все разнообразие керамических материалов производится в принципе по однотипной схеме, включающей в себя следующие  технологические 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 ту или иную 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 (все это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных  каменистых включений (кусочки СаС03 должны быть удалены или измельчены в порошок).

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

Увлажненная и тщательно размятая глиняная масса продавливается винтовым конвейером 8 через решетку 7 в вакуумную  камеру 6, где жгуты глины разбиваются  вращающимся ножом 5 для удаления воздуха из глиняной массы. Далее  масса винтовым валом 1 подается в  конусную головку 2 пресса, где окончательно уплотняется и продавливается сквозь формующую часть пресса — мундштук 3. 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 в  данном случае 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.

Рис. 1. Ленточный вакуумный пресс: 1 - винтовой вал; 2 — конусная головка; 3 — мундштук; 4 — глиняный брус; 5 — нож; 6 — вакуумная камера; 7—решетка; 8 —винтовой конвейер

Ускорить сушку можно, вводя  в сырьевую смесь вещества, облегчающие  миграцию влаги 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.

Обжиг проводят в печах 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  сухая глина измельчается в порошок  и увлажняется на 6…7 %. Из него 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. 2, б) 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.

Рис. 2. Кирпич керамический обыкновенный пластического (а) и полусухого (б) формования: 1 — постель; 2 — ложок; 3 — тычок

В этом случае происходят выколы и  разрушение поверхности. В глубине  выкола 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  СаС03, 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): 
СаС03 -» СаО + С02Т

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

Заключение

Керамическими называют каменные изделия, получаемые из минерального сырья путем  его формования и обжига при высоких  температурах.

Термин «керамика» происходит (по П. П. Будникову) от слова «керамейя», которым в Древней Греции называли искусство изготовления изделий  из глины. И теперь в керамической технологии используют главным образом  глины, но наряду с ними применяют  и другие виды минерального сырья, например чистые оксиды (оксидная техническая  керамика). Керамические материалы  – самые древние из всех искусственных  каменных материалов. Черепки грубых горшечных изделий находят на месте поселений, относящихся к  каменному веку.

Можно подвести итоги, сформулировать выводы:

- керамическими называют материалы  и изделия, получаемые из порошкообразных  веществ различными способами  и подвергаемые в технологический  период обязательной термической  обработке при высоких температурах  для упрочнения и получения  камневидного состояния. Такая  обработка носит название обжига;

- кроме глины к применяемым  порошкообразным материалам, являющимися  главными компонентами керамических  изделий, относятся также некоторые  другие минеральные вещества  природного происхождения - кварциты, магнезиты, хромистые железняки;

- по структурному признаку все  изделия разделяют на две группы: пористые и плотные;

- сырьевые материалы, используемые  для изготовления керамических  изделий, можно подразделить на  пластичные глинистые (каолины  и глины) и отощающие (шамот,  кварц, шлаки, выгорающие добавки). Для понижения температуры спекания  в глину иногда добавляют плавни. Каолин и глины объединяют  общим названием - глинистые материалы.

Список  литературы

1. Керамические материалы. /Под ред. Масленниковой Г.Н. М.: Стройиздат 1991.

2. Экономическая география  России. /Под ред. Видяпина В.И.  М.: Инфра-м, 1999.

3. Горчаков Г.И., Баженов  Ю.М. Строительные материалы. - М.: Стройиздат,1986.

4. Карелин В.С. Экономика  промышленности строительных материалов. - М.: Стройизздат, 1975.

5. Комар А.Г. Строительные материалы и изделия. 5-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк. , 1988 г. - 527с.: ил.

6. http://stroy-server.ru/

Вопросы по теории.

1. Как изменяются основные строительно – технические свойства материалов по мере их увлажнения? Приведите примеры.

При увлажнении материала  изменяются его свойства — увеличиваются  плотность, теплопроводность и обычно снижается прочность. Поэтому при  всех расчетах необходимо учитывать  как влажность материала, так  и его способность к поглощению влаги (водопоглощение и гигроскопичность). Во всех случаях при применении и  хранении пористые строительные материалы  предохраняют от увлажнения.

При увлажнении сухой древесины  до достижения ею предела гигроскопичности стенки древесных клеток утолщаются, разбухают, что приводит к увеличению размеров и объема деревянных изделий.

2. Охарактеризуйте горные породы, являющиеся сырьем для производства вяжущих веществ?

Сырьем для производства вяжущих  служат природные материалы (горные породы) и некоторые промышленные отходы. Эти материалы используются в отдельности либо в смеси  друг с другом.

К природным сырьевым материалам относятся  породы: гипсовые, известковые, глинистые, мергелистые, магнезиальные, высокоглиноземистые  и кремнеземистые.

Гипсовые горные породы состоят  в основном из двуводного CaSO4*2Н2О  или безводного сернокислого кальция - CaSO4. Эти породы применяются для  производства гипсовых вяжущих, а в  смеси с другими материалами - для изготовления сульфатно-шлаковых цементов.

Известковые породы в виде известняков, мелов, известковых туфов, известняков-ракушечников состоят в основном из углекислого  кальция. Они используются для производства извести, портландцемента, глиноземистого цемента и смешанных вяжущих  на их основе.

Глинистые породы в виде глин различных  видов, суглинков, глинистых сланцев, лёссов, состоящих в основном из водных алюмосиликатов, применяют для  производства цемента, смешанных вяжущих  на его основе, а также на основе извести и обожженных глин.

Мергелистые породы представляют собой  природную гомогенную смесь кальцита и глинистого вещества. Их применяют  при изготовлении портландцемента  и его производных, а также  гидравлической извести.

Магнезиальные породы в виде магнезита (МgСО3) и доломита (СаСО3*МgСО3) употребляют  в производстве магнезиальных вяжущих  веществ, а также доломитовой  извести.

Высокоглиноземистые породы (бокситы), состоящие главным образом из гидратов окиси алюминия, применяются  в смеси с другими материалами  для изготовления глиноземистого цемента.

Кремнеземистые породы (диатомит, трепел, пуццолана, трасс, кварцевый  песок и др.) используются в смеси  с другими материалами для  изготовления смешанных цементов.

3. Что такое ситаллы, каковы их свойства и области применения в строительстве?

Ситаллы — стеклокристаллические материалы, полученные объёмной кристаллизацией стекол и состоящие из одной или нескольких кристаллических фаз, равномерно распределённых в стекловидной фазе. Ситаллы обладают малой плотностью (они легче алюминия), высокой механической прочностью, особенно на сжатие, твердостью, жаропрочностью, термической стойкостью, химической устойчивостью и другими ценными свойствами. Ситаллы имеют большинство положительных свойств, которые есть у стекла, в том числе и технологичность. Являются перспективными строительными и конструкционными материалами (обтекатели ракет и сверхзвуковых управляемых снарядов, химически стойкая аппаратура, мостостроительные конструкции и др.).

4. Охарактеризуйте разновидности и опишите производство известковых вяжущих веществ.

Неорганическими вяжущими веществами называются порошкообразные материалы, способные при затворении водой  или водными растворами солей  создавать пластично-вязкую массу, затвердевающую со временем и образующую прочное камневидное тело (это  известь, цемент, строительный гипс, жидкое стекло и др.).

По условиям твердения  неорганические вяжущие вещества делят  на три основные группы:

1 – воздушные вяжущие; 

2 – гидравлические вяжущие; 

3 – вяжущие автоклавного  твердения.

5. Причины коррозии цементного камня и меры защиты от нее.

Основной причиной коррозии каменных материалов в строительных конструкциях является физико-химическое воздействие воды. Это воздействие  проявляется в растворяющей способности  воды, особенно если она содержит растворенные газы (С02, S02 и др.); в замерзании воды в порах и трещинах, сопровождающемся появлением в материале больших  внутренних напряжений. Кроме того, резкое изменение температуры приводит к появлению на поверхности камня, особенно из полиминеральных пород, микротрещин, которые становятся очагами  разрушения. Различные микроорганизмы и растения (мхи, лишайники), поселяясь  в порах и трещинах камня, извлекают  для своего питания щелочные соли и выделяют органические кислоты, вызывающие биологическое разрушение камня.

Ясно, что стойкость каменных материалов против коррозии тем выше, чем они  плотнее (меньше пористость) и меньше их растворимость. Поэтому все мероприятия  по защите каменных материалов от коррозии направлены на предохранение их от воздействия воды и на повышение  поверхностной плотности. Эти меры могут быть конструктивными и  физико-химическими.

Конструктивная защита от увлажнения осуществляется путем устройства надлежащих стоков воды, придания каменным материалам гладкой полированной поверхности  и такой формы, при которых  вода, попадающая на них, не задерживается  и не проникает внутрь материала.

Физико-химические мероприятии заключаются в создании на лицевой поверхности камня плотного водонепроницаемого слоя и/или ее гидрофобизации. Одним из способов повышения поверхностной плотности является флюатирование, при котором карбонатные породы пропитывают солями кремнефтористоводородной кислоты (флю-атами), например флюатами магния.

Уплотнить поверхность камня можно  также последовательной пропиткой  растворимым стеклом и хлористым  кальцием, в результате взаимодействия которых образуются нерастворимые  силикат кальция и кремнекислота, закрывающие поры. Эта же цель достигается  при последовательной пропитке поверхности  камня спиртовым раствором калийного  мыла и уксусно-кислого алюминия. В этом случае на поверхности камня  образуется нерастворимая пленка соли жирной кислоты.

6. Что представляют собой аккустические материалы, каковы их свойства и области применения?

Акустические материалы - материалы, предназначенные для  улучшения акустических свойств  помещений. Акустические материалы  делятся на отделочные и прокладочные. Отделочные акустические материалы  применяются или для поглощения звука внутри помещений и технических  устройств, требующих снижения уровня шумов (промышленные цехи, операционные залы, машинописные бюро, вентиляционные воздуховоды и др. устройства), или  для создания в общественных помещениях оптимальных условий слышимости (зрительные залы, радиовещательные студии, лекционные аудитории и пр.). Прокладочные акустические материалы используются при устройстве упругих оснований под полами междуэтажных перекрытий для изоляции помещений от ударных шумов.

7. Компоненты лакокрасочных составов, назначение и требование к ним.

Лакокрасочные составы подразделяются на краски, лаки и вспомогательные  материалы. В качестве компонентов  лакокрасочных составов могут применяться  пигменты, наполнители и связующие  вещества.

 Пигменты - цветные тонкомолотые минеральные или органические вещества, не растворимые или малорастворимые в воде и органических растворителях. К ним относятся: мел природный молотый марок А, Б, В; охра сухая марок А, Б, В; сурик железный сухой марок А, Б; мумия естественная сухая; графит; глауконит.

 Пигменты искусственные  минеральные получают путем химической  переработки минерального сырья.  К ним относятся: двуокись титана, белила цинковые сухие марок  М-4; литопон сухой; охра жженая; крон цинковый малярный сортов  С1, XI; сурик свинцовый марки 4; ультрамарин; лазурь малярная  сухая; окись хрома; сажа газовая;  красный железоокисный пигмент  (редоксайд); желтый железоокисный  пигмент.

Пигменты органические- синтетические красящие вещества органического происхождения, нерастворимые или малорастворимые в воде и других растворителях. К ним относятся: пигмент желтый светопрочный; пигмент оранжевый прочный; пигмент красный С; пигмент красный Ж; пигмент алый; лак рубиновый СК; пигмент голубой фталоцианиновый; пигмент зеленый фталоцианиновый; пигмент зеленый.

Наполнители - нерастворимые минеральные вещества, в большинстве случаев белого цвета, добавляемые в лакокрасочные материалы для экономии пигментов или придания этим материалам особых свойств. К наполнителям относятся каолин, тальк молотый, песок молотый, пылевидный кварц, молотые каменные породы, асбестовые пыль и волокно, слюда молотая и диатомит.

Связующие вещества для клеевых красок разделяются на следующие группы клеев: животные, растительные, искусственные и синтетические. В малярной технике применяются животные клеи следующих видов: мездровый, костный и казеиновый. Клеи растительные изготовляются двух видов: декстрины и мучная пыль (отходы мукомольного производства). Клеи искусственные представляют собой растворы искусственных смол в воде, а клеи синтетические - полимерные синтетические продукты, обладающие высокой клеящей способностью. Клеи синтетические применяются в виде эмульсий, водных или спиртовых растворов.

В зависимости от состава  и назначения лакокрасочные материалы разделяют на краски, эмали, лаки, грунтовки и шпатлевки.

8. Классификация и разновидности органических полимеров для пластмасс.

К органическим полимерам, как  правило, относятся различные природные  смолы, ряд белковых веществ, как  растительного, так и животного  происхождения, органические масла. Эти  вещества путем использования самых  различных технологий переработки  превращаются в вяжущие материалы, используемые, например, в строительстве  или при отделочных работах.

Полимеры органические и  неорганические отличаются рядом своих характеристик. Так, неорганические полимеры обладают большей термической и химической стойкостью, нежели органические. Кроме того, они являются твердым, но хрупким материалом, благодаря своей кристаллической структуре и ионной химической связи.

Одной из особенностей полимеров  органических и неорганических является тот факт, что их применение в  той или иной сфере обусловлено  имеющимися эксплуатационными свойствами, которые, в свою очередь, непосредственно  зависят от структуры и физического  состояния полимеров.

Полимеры могут иметь  следующие виды своей структуры: электронную, надмолекулярную и  молекулярную. Так, электронная структура определяется имеющейся химической связью в макромолекуле, а молекулярная структура – составом и расположением атомов. При объединении макромолекул образуются макромолекулярные области, представляющие собой надмолекулярную структуру.

Структура полимеров органических и неорганических определяет их состояние, которое может быть кристаллическим, аморфным и жидкокристаллическим. Кроме  того, в зависимости от того, как  полимеры реагируют на воздействие  температуры, их принято делить на термопластичные (полиэтилен, полистирол, фторопласт) и  термореактивные (полиэфирные, фенолоформальдегидные  смолы).