Определения водопоглащения керамической плитки

Учреждение  образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

 

Факультет  ТОВ_____________________________________________________

Кафедра   ФХМСП____________________________________________________

Специальность 1–54 01 03____________________________________

Специализация 1–54 01 03 02 «Сертификация промышленных товаров»

 

 

 

 

 

 

 

                                                 КУРСОВАЯ РАБОТА

 по дисциплине «Методы контроля»

Тема работы «Определения водопоглащения керамической плитки»

 

 

 

 

 

                  Исполнитель

         студентка 

       

                  Руководитель

 

      Ассистент кафедры ФХМСП    ____________  ____  ____ 

                                                                                     дата,подпись

 

 

                  Курсовая работа защищена с  оценкой  ______________

                  Руководитель А.Н. Никитенко_________________                                        

                                                                                подпись

 

 

 

 

                                                          Минск 2013

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Курсовая  работа: 41 страница, 1 рисунок, 8 таблиц,  15 литературных источника.

КЕРАМИЧЕСКАЯ  ПЛИТКА, ВОДОПОГЛОЩЕНИЕ, МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ, МЕТОД КИПЯЧЕНИЯ, ВОДОНАСЫЩЕНИЕ  В ВАКУУМЕ,

 

Цель выполнения курсовой работы – закрепить теоретические знания, приобрести умения самостоятельной разработки рабочих методик испытаний продукции строительного назначения, овладеть навыками самостоятельного решения по выбору метода и средства измерения, ознакомиться с основными этапами оснащения испытательной лаборатории испытательным оборудованием и средствами измерения.

В работе был  подробно рассмотрен  показатель водопоглощения керамических плиток, основные его нормативные требования, изучены все возможные методы измерения данного показателя, выбран подходящий метод контроля и на основе всех этих данных была разработана методика контроля водопоглощения плитки.

 

 

Содержание

Реферат	3
Введение	5
1. Аналитический обзор литературы	7
1.1 Характеристика показателя водопоглощения	7
1.2 Нормативные требования для керамической плитки	9
1.3 Методы измеряемого показателя  качества	11
1.4  Характеристика метода кипячения  для определения водопоглащения	16
2 Экспериментальная часть	19
2.1 Объекты и методы исследований	19
2.2 Результаты исследований	23
2.3 Выводы	27
3 Разработка проекта документа  на МВИ	29
Заключение	32
Список использованных источников	33
Приложение А	35
Приложение Б	41

 

 

 

 

Введение

Керамические  материалы и изделия – искусственные  каменные материалы и изделия, полученные в процессе термической обработки  минерального сырья.

Керамические  материалы и изделия на протяжении многих веков широко использовались для защитно-декаративной отделки  на фасадах и в интерьерах, а при внутренней облицовке – для санитарно-гигиенических функций. Поверхности, облицованные керамической или другими видами плитки, красивы, гигиеничны, легко очищаются от загрязнений.

В понятие  керамические материалы и изделия  входит широкий круг материалов с  различными свойствами. Их классифицируют по ряду признаков:

по назначению: стеновые, отделочные, кровельные, для  полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные  и заполнители для бетонов;

по структуре:

с пористым черепком: керамический стеновой кирпич и камень, изделия для кровли и  перекрытий, дренажные трубы, облицовочные плитки, фаянсовые плитки;

плотным (спекшимся) черепком: клинкерный кирпич, крупноразмерные  облицовочные плиты, фаянс, полуфарфор, фарфор;

по температуре  плавления: легкоплавкие (менее 1350°с); тугоплавкие (1350-1580°с); огнеупорные (1580-2000°С) и высшей огнеупорности (более 2000°С).

Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы повсеместно распространенного  сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая  безвредность керамических материалов и изделий обеспечивают им одно из первых мест по значимости и объемам  производства среди других строительных материалов и изделий.

Водопоглощение плитки зависит от ее пористости. Пористость изделия выражается в проценте, указывающем увеличение веса плитки, вследствие водопоглощения после двухчасового погружения в кипящую воду. Пористость является очень важным фактором, оказывающим прямое влияние на другие свойства плитки:

- низкая  пористость необходима для производства  морозостойкого изделия;

- прочность  плитки на изгиб увеличивается  по мере уменьшения ее пористости;

- для получения  низкой пористости необходима  высокая температура обжига, которая  вызывает большую усадку материала  и, следовательно, необходимость  разделения продукции на партии  по калибру;

- в неглазурированных  изделиях чем ниже пористость, тем выше стойкость к износу  и пятнам.

Действующий стандарт СТБ ЕН ИСО 10545-3-2007 [1], предписывающие качественные требования, описывает методику проведения испытания для всех керамических плиток и плит. Поэтому необходимо подтвердить возможность его применения для данных видов продукции и разработать методику выполнения измерений для определения показателя водопоглощения керамической плитки.

Методика  выполнения измерения (МВИ) – это  научно-техническая документация, в  которой установлена совокупность операций и правил, выполнение которых  обеспечивает получение необходимых  результатов измерений.

Цель разработки и применения МВИ - обеспечение выполнения измерений с погрешностью, не превышающей нормы погрешности или приписанной характеристики погрешности (неопределенности).

Разработку  МВИ осуществляют на основе исходных данных, которые включают: назначение МВИ, требования к точности измерений, условия выполнения измерений и др. требования к МВИ.

В данной методики содержится подробная информация о методе измерений, показателях точности методики, требованиях к выполнению измерений, к обеспечению безопасности выполняемых работ, квалификации операторов. Для разработки МВИ и оценки ее показателей точности был проведен эксперимент в условиях повторяемости и воспроизводимости. По результатам эксперимента и их статистической обработки были получены данные о показателях точности разрабатываемой МВИ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Аналитический обзор литературы

1.1 Характеристика показателя водопоглощения

Основным  и важным критерием при выборе керамической плитки выступают ее характеристики, на основе которых необходимо осуществлять процесс выбора. В прошлом для  керамической плитки существовали стандарты  ГОСТа, которые регулировали размер плитки, физические и механические характеристики и внешний вид. В  настоящее время каждый производитель  придерживается собственных параметров. Потребители в силу отсутствия необходимых  знаний может лишь провести оценку внешнего вида плитки и ее параметров. Для более серьезных исследований необходимо привлекать лабораторные и  химические исследования. В этом вопросе  потребитель полагается на высокое  качество продукции конкретного  производителя[2].

Основными нормативными документами, устанавливающими требования к плиткам, действующими на территории Республики Беларусь, является СТБ 1354-2002 [3], ГОСТ 6787-2001 [4], ГОСТ 6141-91[5].

К международным  стандартам на керамическую плитку относится  ЕН 87 и  ИСО 13006. Отличительной особенностью этих стандартов является то, что они  предъявляют требования и  к облицовочным плиткам,  и к плиткам для  пола.

В соответствии с требованиями керамические плитки классифицируют:

-по форме  (квадратные, прямоугольные, фигурные);

-по сортам (первый, второй).

В соответствии с международной классификацией, керамические плитки подразделяются на группы в зависимости от водопоглощения и способа производства.

В зависимости  от водопоглощения W,% плитки классифицируют по следующим группам:

-плитки  с небольшим водопоглощением  (W£3%), группа I;

-плитки  со средним водопоглощением (3%£W£10%), группа II.

Данная группа подразделяется на группу IIa (3%£W£6%) и подгруппу IIb (6%£W£10%);

 -плитки с высоким водопоглощением (W≥10%), группа III.

По способу  производства плитки подразделяют на:

 -экструдированные ( группа А);

 -прессуемые всухую (группа В);

 -получаемые литьем (группа С).

В зависимости  от области применения к плиткам  предъявляют те или иные требования, которые регламентируются соответствующими нормами, устанленными в ГОСТ 6787-2001 «Плитки керамические для полов».

 

 

 

 

 В книге В. С. Андреева «Плитка, керамогранит, камень, другие природные и искусственные материалы» была предложена сравнительная характеристика требований нормативных документов на керамические плитки, данная характеристика представлена в таблице 1.1.[6]

Таблица 1.1 - Сравнительная характеристика требований нормативных документов на керамические плитки

Наименование показателя	Значение показателя
	СТБ 1354-2002	ЕН 159	ИСО 13006
1	2	3	4
Размеры и вид поверхности
Отклонение от номинальных размеров по длине и ширине, 5%, не более	±0,8	±0,6	±1,0
Отклонение от номинальных размеров по толщине, %, не более	±8	±6	±10
Прямолинейность сторон, %, не более	−	±0,3	±0,3
Прямолинейность (косоугольность), мм, не более	1,0	1,0	1,0
Плоскостность (кривизна лицевой поверхности, искривление граней), мм, не более	0,8	0,8	0,8
Качество поверхности	не более двух дефектов	не более двух дефектов	не более двух дефектов
Физические свойства
Водопоглощение, %	не более 16	в среднем 10	в среднем 10
Прочность на разрыв, Н, не менее	−	−	600
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее	15	12	12
Поверхностная прочность (твердость  глазури по Моосу), не менее	5	4	−
ТКЛР, К-1	−	9·10-6	требуемый
Стойкость к термоудару (термическая  cтойкость глазури), ºС	150	требуемая	требуемая

 

Продолжение таблицы 1.1

Стойкость к растрескиванию (образованию  микротрещин глазурованных плиток)	−	требуемая	требуемая
Влажностное расширение, %, не боле	−	0,06	0,06
Химические свойства
Химическая стойкость:
- стойкость к слабоконцентрированным  кислотам и щелочам	требуемая	требуемая	требуемая
- стойкость к сильноконцентрированным   кислотам и щелочам	−	требуемая	требуемая
- стойкость к бытовым хи-мическим  веществам и очистителям воды  плавательных бассейнов, класс	−	B	BG
Содержание Рb и Сd, выделяемых глазурованными плитками	−	−	требуемое
Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг, не более	370	−	−

Таким образом, как видно из таблицы 1.1, в международных стандартах устанавливается большее количество требований, предъявляемых к керамическим плиткам, чем в действующем СТБ 1354-2002.

1.2 Нормативные требования для керамической плитки

Существует  несколько мировых стандартов (норм) для установления технических характеристик  керамической плитки, а также методов  контроля и критериев приемлемости каждой характеристики. Самые известные  из них это: DIN (Германия), UPEC (Франция), BS (Великобритания), ASTM-ANSI (США), UNI EN (Италия). Имеются также российские стандарты  на плитку: ГОСТ 6887-90 (плитка керамическая для полов), ГОСТ 13996-93 (плитка керамическая фасадная и ковры из нее). Но наибольшее распространение и применение получили Нормы UNI EN на керамическую плитку, разработанные Европейской комиссией Стандартизации (CEN) (Италия). Они действительны во всех странах Европы и принявших их внеевропейских странах. В таблице 1.2 приведены характеристики поверхности (глазурованная, неглазурованная) керамических плиток, водопоглощения смеси в зависимости от видов плитки и области применения изделий.

Таблица 1.2. Классификация керамической плитки

Вид поверх-ности	Вид плитки	Пористость (водо-поглощение) смеси	Рекомендуемая область применения	Группа по CEN  EN 87
Глазур-ованная	Плитка однократного обжига	0-10	Устройство внутренних и наружных полов	BI, BIIa, BIIb
	Высокопористая плитка	>10	Облицовка внутренних стен	BIII
	Плитка двукратного обжига	>10	Облицовка внутренних стен	BIII
	Плитка глазурованная под давлением	0-3	Устройство внутренних и наружных полов	BI
Неглазур-ованная	Плитка из фарфоровой керамики (грес, керамический гранит)	0-1	Устройство внутренних и наружных полов	BI
	Плитка типа "cotto"	3-15	Устройство внутренних и наружных полов	AIIa, AIIb, AIII
	Клинкерная плитка	0-7	Устройство внутренних и наружных полов	AI, AIIa, AIIb

Нормы EN не имеют законную силу: допускается  реализация керамических изделий, не удовлетворяющих  требованиям указанных норм. Однако для приобретения товарного знака качества UNI фирма изготовитель керамической плитки обязана строго соблюдать нормы EN.

Водопоглощение - отношение массы воды, поглощенной  образцом при полном насыщении, к  массе сухого вещества (выражается в процентах). Является тем критерием, который определяет многие технические  и эксплуатационные характеристики плитки. Водопоглощение – это один из двух параметров, на которых основывается классификация по стандартам EN ISO, которое определяет значение пористости (вернее, «открытой» пористости). Этот параметр является классифицирующим, поскольку от него зависят важные свойства (например, морозоустойчивость. Ведь чем больше воды впитала в себя плитка, тем больше вероятность ее разрушения, когда при отрицательных температурах вода превратиться в лед и увеличит свой объем) [7]. Так, низкое водопоглощение гарантирует более высокую морозоустойчивость плитки. Это в немалой степени влияет на срок службы керамических покрытий наружных поверхностей, а также стен и полов в помещениях, где отсутствует постоянное отопление. 

Водопоглощение  существенно влияет также на предельную прочность плитки или способность  ее сопротивляться нагрузкам на изгиб. Прочность напольного покрытия, выполненного из образцов с низким водопоглощением, будет намного выше, чем из плиток такой же толщины с пористой структурой тела.

Присутствие воды может подвергнуть плиточное  покрытие серьезному испытанию. Задерживаясь в порах плитки, она просачивается  в подстилающий слой или собирается в швах, а при понижении температуры  замерзает. Обьем ее при этом расширяется  и создается сильное натяжение  как в самой плитке, так и  в подстилающем слое. При каждом последующем замерзании могут появиться  трещины, сколы и характерные  изломы.

Контроль  качества продукции на предприятие  осуществляет отдел технического контроля, лаборатория по контролю производства, цеховые лаборатории. Функции контроля распределены между ОТК и различными отделениями заводских лабораторий. И деятельность данных отделов заключается  практически только в контроле. Основная задача работников отдела технического контроля – предупреждать, а не только фиксировать появление некачественной продукции. В соответствии с действующими стандартами ГОСТ 27180-2001,   ГОСТ 6787-2001, предписывающие качественные требования, которым должны соответсвовать первосортные материалы, и описывающие методику проведения испытаний, проверяют керамическую плитку на водопоглощения. Так как этот метод предусматривает «разрушение» продукта и, соответственно, не могут выполняться на линии производства, то для проведении  данного испытании один раз в смену инженер по технологии и качеству отбирает из разных мест партии методом случайного отбора по 5 единиц продукции и проверку осуществляет отдельно от производственного процесса. Все контрольные результаты заносятся в журналы. При отрицательном результате испытания (продукт не соответствует техническим условиям) необходимо, чтобы производитель имел возможность определить причины путем анализа параметров различных циклов производственного процесса и принять соответствующие меры. Кроме того, следует определить бракованные продукты и исключить их из дальнейшего производственного процесса [8].

 1.3 Методы измеряемого показателя качества

Любой керамический материал – это, как правило, сочетание твердого вещества (кристаллического и стекловидного) с пустотами – порами. Объем  пор, их размеры и характер распределения  оказывает значительное влияние  на ряд свойств керамических изделий  и материалов. Так, например, механическая прочность керамики зависит не только от общей пористости, но и от размера  пор, равномерности их распределения. Бесспорно, что с увеличением пористости механическая прочность керамики уменьшается за счет увеличения дефектности структуры и снижения прочности связей. Установлено, что объем пор, заполненных водой, определяет морозостойкость строительной керамики; количество, размер и характер распределения пор во многом определяют шлакоустойчивость огнеупорной футеровки печей; пористость влияет на теплопроводность и звукопроводность керамических материалов, что особенно важно для строительных и тепоизоляционных материалов. По величине пористости определяют температуру спекания керамики, интервал спекшегося состояния, которые позволяют сделать заключение о поведении материала в обжиге

От характеристик  пористости в основном зависит коэффициент  однородности изделий по прочности, который в свою очередь определяет коэффициент запаса прочности закладываемый  при проектировании различных сооружений. Низкий коэффициент запаса прочности  приводит к значительному перерасходу  материалов, увеличению армирования  и массы конструкций. Имеются  конкретные формулы для выражения  зависимости между прочностью при сжатии и размером воздушных пор образцов. И из этих и других зависимотей следует, что чем меньше радиус пор, тем выше прочность характеристики материала. Однако мелкопористые системы характеризуются повышенным водопоглощением. При извлечение из воды крупные поры освобождаются из нее, мелкие – ее удерживают. В зависимости от условий эксплуатации необходимо выбирать материалы с определенными характеристиками пористости, что возможно лишь при наличии быстрых, надежных и удобных методов определения характеристик пористоти.

Исследовательские и производственные организации  располагают десятками различных  методик и приборов для определения  характеристик пористой структуры  керамичесикх изделий. Данные методы можно разделить на оптические и методы взаимодействия материала с жидкостями, а также механические методы определения.

В технологии керамики  показатель водопоглощения часто оценивают путем определения  других свойств, непосредственно зависящих  от него. К таким показателям относятся  плотность материала (истинная, кажущаяся, относительная) и пористость.

Наибольшее  распространение получили способ водонасыщения, с помощью которого определяют кажущуюся  пористость, ртутная порометрия, оптический и фотоэлектронный методы.

Существуют  следующие методы измерения водопоглощения:

1. Метод измерений поверхностей
2. Фотометрическое оптическое измерение
3. Метод трубки Карстена
4. Ртутная порометрия
5. Метод пористой жидкостной экструзии
6. Пикнометрический метод
7. Определение водопоглощения при атмосферном давлении в воде температурой (20±5) °С.
8. Определение водопоглощения под вакуумом в воде температурой (20±5)°С
9. Определение водопоглощения керамических изделий при атмосферном давлении в кипящей воде
1. Метод измерений поверхностей.

Заключается в измерении площади сечения  пор на фотоизоброжениях тонко отшлифованных  поверхностей бетона. Исходя из площади  пор, определяется диаметр их сечения  для определенной площади фотоизоброжения  поверхности керамической плитки. Общая  пористость в этом случае определяется как отношение площади занимаемой сечениями пор к общей площади  исследованной поверхности. Этот метод  требует тщательной подготовки образцов и трудоемок, фотоизоброжения вносят определенные искажения, что нарушает результаты исследований. Этот способ не требует длительной и тщательной подготовки поверхности образца, а позволяет лишь субъективно оценить характер пористости плитки. А по полученным данным пористости, с помощью формул, вычисляется и водопоглощение [7].

2. Фотометрическое оптическое измерение.

Этот метод позволяет быстро и с достаточной точностью получать характеристики пористости материалов с ячеистым строением с помощью специальной фотоэлектронной установки.

Сущность  метода заключается в следующем. Поверхность высушенного до постоянной массы образца шлифуют и окрашивают контактным способом белой матовой  эмалью. Затем поверхность образца  покрывают тонкодисперсной голландской  сажей, которая при этом забивает все поверхностные поры шлифа. После  этого сажу смывают с поверхности  образца водой. Таким образом, все  внутренние поверхности пор оказываются  окрашенными в черный цвет, а поверхности  стенок пор — в белый цвет.

Принцип работы установки основан на измерении  светового потока, отраженного от поверхности шлифа. Величина светового  потока зависит от соотношения черных (пор материала) и белых (стенок пор) участков поверхности образца. Если обозначить объем части образца, находящейся вблизи рассматриваемого он позволяет быстро и с достаточной точностью получать характеристики пористости материалов с ячеистым строением с помощью специальной фотоэлектронной установки.

Измерив на фотоэлеткронной  установке характер макроструктуры пористых строительных материалов, можно оценить их основные физико-технические свойства, в том числе водопогощение [8].

3. Неразрушающий метод трубки Карстена.

Данный метод  относится к полевым. Суть данного  метода заключается в определении  точного количества воды, проникающего за единицу времени через единицу  площади поверхности материала. В ходе испытаний по методу Карстена градуированную трубку  фиксируют  на вертикальной поверхности испытуемого  материала. Затем трубку заполняют  водой на необходимую высоту (высота наполнения коррелируется со скоростью  ветра) и определяют объем сорбированной  воды через определенные промежутки времени.

4. Ртутная порометрия

Ртутная порометрия основана на нагнетании ртути в образец, из которого предварительно откачен воздух. По мере того, как заполняются самые крупные, затем менее крупные каналы, требуется все большее и большее давление, чтобы протолкнуть ртуть через самые мелкие каналы. Количественно связь соотношения размеров каналов в породе выражается в изменении объемов ртути, входящей в образец при последовательно увеличивающихся давлениях. Повышение давления следует производить медленно, с выдержками не менее 1 мин. При вдавливании ртути измеряется сечение входа в пору [7]. 

5. Метод пористой жидкостной экструзии

Сущность  метода. Образец загружается в камеру с мембраной у нижней части. Мембрана подбирается таким образом, что её наибольшая пора была меньше, чем наименьшая пора в исследуемом образце. Поры образца, мембрана, и пространство под мембраной заполняются смачивающей жидкостью. Нереагирующий газ подается под нарастающим давлением и вытесняет жидкость из пор.

Дифференциальное  давление, требуемое для вытеснения жидкости из пор, соотносится с его диаметром, D, поверхностным натяжением жидкости, γ и контактным углом Θ по следующей формуле: ρ = 4 γ cos θ / D

Вытесненная жидкость проходит сквозь мембрану и  измеряется её объем, пока мембрана препятствует прохождению газа через себя из-за недостаточного давления. Давление газа дает диаметр пор. Объем вытесненной  жидкости дает объем пор. Измерение  скорости потока жидкости без мембраны позволяет вычислить жидкостную проницаемость образца.