Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Керамика в современном строительстве

«Керамика в современном строительстве»

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. КЕРАМИКА В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Понятие строительной керамики, классификация керамических строительных материалов и изделий.

1.2. Общие свойства керамических строительных материалов и изделий.

1.3. Сырьевые материалы для производства керамических материалов и изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ.

Значение промышленности строительных материалов в нашей стране огромно - от уровня производства их всецело зависят темпы и качество строительных работ.

Главными направлениями технического прогресса промышленности строительных материалов являются: создание новых и совершенствование существующих технологических процессов, обеспечивающих получение продукции с минимальными затратами энергетических, материальных и трудовых ресурсов; получение новых видов строительных материалов и изделий с заданными свойствами, отвечающими самым высоким требованием современного строительства; широкое внедрение малоотходных и безотходных технологий, использование вторичных продуктов производства.

В современном строительстве керамические изделия применяют почти во всех конструктивных элементах зданий, облицовочные материалы используют в сборном домостроении. Богатство эстетических возможностей керамики обеспечили ей видное место в отделке фасадов зданий и внутренних помещений.

Керамические пористые заполнители – это основа легких бетонов. Санитарно-технические изделия, а так же посуду из фарфора и фаянса широко используют в быту. Специальная керамика необходима для химической и металлургической промышленности (кислотоупорные и огнеупорные изделия), электротехнике и радиоэлектронике (электроизоляторы, полупроводники и др.) ее применяют в космической технике.

1. КЕРАМИКА В СОВРЕМЕННОМ СТРОИТЕЛЬСТВЕ

1.1. Понятие строительной керамики, классификация керамических строительных материалов и изделий

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

Термин «керамика» происходит 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. Возраст керамического кирпича как строительного материала более 5000 лет.

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 обладают различными свойствами, которые определяются составом исходного сырья, способами его переработки, а также условиями обжига—газовой средой, температурой и длительностью. Материал (т.е. тело), из которого состоят керамические изделия, в технологии керамики именуют керамическим черепком.

Строительные керамические изделия классифицируют по структуре керамического черепка и по их конструктивному назначению в отдельных элементах зданий и сооружений.

По структуре черепка различают изделия с пористым и со спекшимся черепком (плотные), а также изделия грубой и тонкой керамики. Пористыми в технологии керамики условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка превышает 5% (по массе), в среднем их водопоглощение составляет 8 – 20% по массе или 14 – 36% по объему. Пористую структуру имеют стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а так же стенки дренажных труб и т.д., обычно такие черепки пропускают воду. Спекшимся считают черепок с водопоглощением ниже 5%, чаще всего 1 – 4% по массе или 2 – 8% по объему; как правило, он водонепроницаем.

У изделий грубой керамики черепок имеет в изломе зернистое строение (макронеоднородный). Большинство строительных керамических изделий — строительный кирпич, черепица, канализационные трубы и др. — являются изделиями грубой керамики.

У изделий тонкой керамики излом черепка имеет макрооднородное строение. Он может быть пористым, как, например, у фаянсовых облицовочных глазурованных плиток, и спекшимся (плитки для полов, кислотостойкий кирпич, фарфоровые изделия). Изделия со спекшимся черепком с водопоглощением ниже 1 % называют каменными керамическими. Если при этом черепок обладает еще и просвечиваемостью, то его называют фарфором.

По конструктивному назначению различают следующие группы керамических строительных материалов и изделий:

стеновые изделия—кирпич, керамические камни и панели из них;
фасадные изделия—лицевой кирпич, различного рода плитки; архитектура-художественные детали, наборные панно;
изделия для внутренней облицовки стен—глазурованные плитки и фасонные детали к ним (карнизы, уголки, пояски);
плитки для облицовки пола;
изделия для перекрытий (балки, панели, специальные камни);
кровельные изделия—черепица;
санитарно-строительные изделия—умывальные столы, унитазы, ванны;
дорожные изделия—клинкерный кирпич;
изделия для подземных коммуникаций — канализационные и дренажные трубы;

теплоизоляционные изделия (керамзитокерамические панели, ячеистая керамика, диатомитовые и шамотные легковесные изделия);

заполнители бетонов (керамзит, аглопорит).

Приведенная классификация показывает широкое распространение керамических материалов и изделий в строительстве.

Различают керамическую плитку и керамогранит. Есть в этих изделиях и сходства и различия. Сходством является то, что оба эти изделия относятся к керамическим изделиям. Различаются они по составу, технологии и эксплуатационным характеристикам.

Керамическая плитка изготавливается из глины из разных сортов (белой, красной, розовой) путем обжига, При этом следует отметить, что керамическая плитка весьма чувствительна к влаге, и чтобы предотвратить поглощение влаги, плитку покрывают глазурью, которая является одновременно защитным и декоративным покрытием.

Керамогранит является более совершенным материалом, так как производители более тщательно подходят к подбору глины для обжига. Различают два вида глины: более пластичная, которая содержит иллит и менее пластичная на основе коалинита. Считается, что самой лучшей глиной для керамогранита является белая глина, причем наиболее плавкая и старая. Керамогранит изготавливают путем прессования гранитных крошек, глины и других наполнителей при высоком давлении и температуре 1200-1300 градусов. Технология изготовления керамогранита исключает возникновение пустот и пор. При этом образуется материал по свойствам сходный с природным камнем: он не только не поглощает воду, но также отличается высокой прочностью.

Прочность керамогранита в 1,5-2 раза превосходит прочность керамической плитки. Поэтому его с успехом используют в качестве напольного покрытия в производственных помещениях и общественных местах, где требуется повышенная прочность материала. Для усиления прочности изготавливают технический керамогранит, в состав которого помимо глины и гранитной крошки добавляют еще полевой шпат, кварцевый песок и другие компоненты. По мнению экспертов, такой материал по свойствам становится похожим на гранит или мрамор, и его используют в качестве покрытий в аэропортах, автосалонах, крупных торговых центрах, спортивных центрах, где скапливается большое количество людей и механизмов.

Керамогранит выдерживает многократные оттаивания и замораживания. Благодаря этому, материал находит широкое применение при облицовке вентилируемых навесных фасадов и цокольных этажей зданий. При этом облицовка зданий является надежной и долговечной, а здания приобретают привлекательный внешний вид.

Для облицовки внутренних помещений используют керамогранит, покрытый глазурью. При этом глазурь выполняет чисто эстетическую роль, придавая материалу внешнюю привлекательность. Выложенная определенным образом плитка создает картинку, имеющую трехмерную оптическую иллюзию. Например, идея изображения в ванной комнате подводного царства, или изображение Эйфелевой башни в сочетании с парижскими мотивами. Очень красиво будет смотреться в ванной комнате плитка с изображением морского дна с водорослями, скалами и дельфинами. Здесь есть, где развернуться фантазии многочисленных дизайнеров.

1.2. Общие свойства керамических строительных материалов и изделий

К керамическим материалам предъявляются различные требования соответственно тем воздействиям, которые они испытывают при использовании их в строительстве. В связи с этим необходимо знать основные свойства керамического материала и пути их регулирования в процессе изготовления различных керамических изделий.

Водопоглощение керамических материалов характеризует количественную величину их пористости и соответственно степень спекания, которая в свою очередь влияет на многие рабочие свойства изделий строительной керамики: морозостойкость, паро- и воздухопроницаемость, сцепление с раствором, загрязняемость и др. Диапазон этого показателя для изделий строительной керамики в зависимости от их вида и назначения довольно велик—от 1—30%.

Предел прочности при сжатии Rcж керамических материалов зависит от их состава и структуры и уменьшается с увеличением размера образца. Наиболее важное значение Rсж имеет для изделий стеновой керамики, которые воспринимают большие нагрузки в зданиях и сооружениях. По этому показателю стеновые изделия маркируют, принимая за марку среднюю величину по результатам испытания пяти образцов.

Для изделий строительной керамики Rсж находится в пределах 7,5—70 МПа.

Между прочностью керамического материала Rcж и его объемной массой g прослеживается зависимость, имеющая вид кубической параболы:

а между прочностью пустотелых изделий R`сж и их объемной массой (брутто) g` отмечается зависимость вида квадратичной параболы (рис. 1)

Предел прочности при сжатии пустотелых изделий определяют с учетом их «рабочего» положения в стене.

Рис. 1. Зависимость прочности от объемной массы

1-пустотелых керамических изделий; 2-образцов-кубиков пористой керамики

Общую разрушающую нагрузку делят на площадь брутто.

Предел прочности при изгибе керамических материалов Rиз зависит от тех же факторов, что и Rcж, с той лишь разницей, что здесь структура материала оказывает более резкое влияние на его сопротивляемость изгибу.

Так, например, кирпич полусухого прессования имеет меньшую величину предела прочности при изгибе, чем кирпич пластического формования, изготовленный из тех же глин, хотя Rcж последнего ниже, чем у кирпича полусухого формования.

Предел прочности при изгибе регламентируется ГОСТами для кирпича, поскольку в стене он испытывает не только сжимающие, но и изгибающие нагрузки, вследствие неровностей своей поверхности. Этот показатель регламентируется и для некоторых других керамических изделий. По нему также судят об относительной прочности испытуемого материала и используют его как косвенный показатель для характеристики некоторых других свойств глинистого сырья и обожженных изделий (связность, связующая способность, термостойкость).

Для керамических материалов Rиз находится в пределах 0,7—5 МП а.

Морозостойкостью называют способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Показателем морозостойкости является количество теплосмен, которое выдерживает материал без признаков разрушения.

Обстоятельные исследования по влиянию грануло-метрии пор на морозостойкость керамических материалов выявили следующие положения:

все поры в керамическом материале (с точки зрения морозостойкости) могут быть разделены на три категории: опасные, безопасные и резервные;
опасные поры заполняются водой при насыщении на холоду. В них она удерживается при извлечении материала из воды и замерзает при температуре от —15 до —20° С. Диаметр этих пор от 200 до 1 мк для глиняного кирпича пластического прессования, от 200 до 0,1 мк для глиняного кирпича полусухого прессования;
безопасные поры при насыщении на холоду водой не заполняются, либо заполнившая их вода не замерзает при указанных температурах. Это обычно мелкие поры. Заполняющая их вода становится по существу пристеночной адсорбированной влагой, имеющей свойства почти твердого тела и температуру замерзания существенно ниже (—20° С);
резервные поры при насыщении на холоду полностью заполняются водой, но из них при извлечении образца из насыщающего сосуда вода частично вытекает вследствие малых капиллярных сил. Это крупные поры диаметром более 200 мк.

Согласно этим исследованиям, керамический материал будет морозостойким, если в нем объем резервных пор достаточен для компенсации прироста объема замерзающей воды в опасных порах.

Алгебраически это условие выражают (в %) формулой

где С—структурная характеристика материала; Vр и Vоп– объем пор соответственно резервных (размером более 200 мк) и опасных.

Экспериментальная кривая зависимости морозостойкости полнотелого кирпича от его структурной характеристики (рис. 2) показывает, что при С<9% кирпич является неморозостойким. Пустотелые изделия морозостойки при С>6.

Морозостойкость определяет долговечность керамических материалов при их службе в условиях воздействия на них внешней среды. Поэтому требования морозостойкости регламентированы ГОСТами для стеновых фасадных, кровельных и некоторых других изделии строительной керамики.

Рис. 2. Зависимость морозостойкости глиняного кирпича от его структурной характеристики

Теплопроводность керамических материалов зависит от их объемной массы (рис. 3, а), состава, вида и размера пор и резко возрастает с увеличением их влажности (рис. 3, б), так как теплопроводность воды [l=0,58 Вт/(м-град)] выше теплопроводности воздуха

Рис. 3. Зависимость теплопроводности керамического материала

от а-его объемной массы и б-его влажности.

[l=0,029 Вт/(м-град)] в 20 раз. Замерзание воды в порах материала ведет к дальнейшему резкому возрастанию его теплопроводности, поскольку теплопроводность льда [l=2,33 Вт/(м-град)] больше теплопроводности абсолютно плотного керамического черепка l= =1,163 Вт/(м-град) примерно в 2 раза, больше теплопроводности воды в 4 раза и больше теплопроводности воздуха в 80 раз.

Паропроницаемость действующими Гостами и ТУ не регламентирована. Однако в некоторых случаях она влияет на долговечность строительных конструкций.

Низкая паропроницаемость стеновых материалов может явиться причиной потения внутренней поверхности стен, особенно в зданиях с повышенной влажностью воздуха. По экспериментальным данным, коэффициент паропро-ницаемости плиток полусухого прессования с водопоглощением 8,5; 6,5 и 0,25% соответственно равен 0,155; 0,0525; 0,029 г/(м.ч.Па).

Рис. 4. Схема возникновения очага замерзшей влаги в многослойной стене

t — температура; (mп — коэффициент паро-прончцаемости; 1 — основной слой стены с высокой паропроницаемостью; 2—фасадная облицовка с низкой газопроницаемостью; 3 — слой замерзшей влаги; / — изменение mп по толщине стены; //—изменение I по толщине стены.

В многослойных стенах неодинаковая газопроницаемость отдельных слоев стены может вызвать накопление влаги в ее толще, последующее ее замерзание и отслаивание части стены (рис. 4). По этой причине не вполне надежна сквозная фасадная облицовка стен глазурованными плитками, обладающими низкой газопроницаемостью.

1.3. Сырьевые материалы для производства керамических материалов и изделий.

Сырьевыми материалами для производства керамических материалов и изделий являются каолины и глины, применяемые в чистом виде, а чаще – в смеси с добавками (отощающими, порообразующими, плавнями, пластификаторами) 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.

Каолины состоят почти исключительно из минерала Al2O3 2SiO2 2H2O и содержат значительное количество частиц меньше 0,01мм; после обжига сохраняют белый цвет.

Глины боле разнообразны по минеральному составу, они больше загрязнены минеральными и органическими примесями. Глинистое вещество (с частицами меньше 0,005мм) состоит в основном из каолинита и родственных ему минералов – монтмориллонита Al2O3 4SiO2 nH2O, галлуазита Al2O3 2SiO2 4H2O.

Содержание таких частиц определяет пластичность и другие свойства глин. Высокопластичные глины содержат частицы размером менее 0,005мм 80 – 90 %.

В глинах могут быть примеси снижающие, температуру плавления: карбонат кальция, полевой шпат, Fe(OH)3, Fe2O3. Камневидные включения CaCO3 являются причиной появления «дутиков» и трещин в керамических изделиях, так как гидратация CaO, получившегося при обжиге керамических изделий, сопровождается увеличением его объема. Часто встречающаяся примесь оксида железа придает глине привычную красную окраску. Вообще же окраски глин весьма разнообразны: от белой, коричневой, зеленой, серой до черной. Окраска глин зависит от примесей как минерального, так и органического происхождения богатых углеродом.

Бентонитами называют высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита. Содержание в них частиц меньше 0,001мм достигает 85 – 90 %.

Трепелы и диатомиты, состоящие в основном из аморфного кремнезема, используют для изготовления теплоизоляционных изделий, строительного кирпича и камней.

Отощающие добавки вводятся в состав керамической массы для понижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. В качестве отощающих 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. Роли отощителей выполняют так же золы ТЭС и выгорающие добавки.

Парообразующие 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 CO2 (молотые мел, доломит), или выгорают.

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

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

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. Слой глазури, нанесенный на поверхность керамического материала, закрепляют на ней обжигом при высокой температуре. 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. Их применяют в сыром виде, либо сплавленными – в виде фритты. Оксид свинца заменяют менее вредным оксидом стронция. Ангоб готовят из белой или цветной глины и наносят тонким слоем на еще не

обожженные изделия. При обжиге ангоб не плавится, поэтому поверхность

получается матовой. Ангоб по своим свойствам должен быть близок к основному черепку.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В Казахстане предусмотрены высокие темпы развития промышленного и гражданского строительства, выполнение которых возможно лишь при опережающих темпах роста выпуска строительных материалов, в том числе изделий строительной керамики, кирпича и керамических камней.

Прирост объема производства керамических изделий предполагается осуществить за счет глубоких качественных изменений: механизации и автоматизации технологических процессов; реконструкции и расширения действующих предприятий и сырьевой базы отрасли; использования вторичного сырья, обогащенных сырьевых материалов; применения более совершенных конструкций основного технологического оборудования.

Внедрение автоматизированной системы управления технологическим процессом, снабженной управляющим вычислительным комплексом, даст большой экономический эффект, который определяется увеличением выхода качественной продукции при снижении процента брака, уменьшением энергозатрат. Автоматизация высокотемпературных процессов будет способствовать дальнейшей интенсификации керамического производства, а использование более совершенных конструкций тепловых агрегатов, сушилок приведет к экономии топливно-энергетических ресурсов.

Переход керамической промышленности на интенсивный путь развития необходим в связи с тем, что накоплен большой потенциал основных фондов и назрела необходимость в получении отдачи от них.

В настоящее время стоимость основных фондов с каждым годом возрастает, а фондоотдача в некоторых случаях даже снижается.

Промышленность строительной керамики является материало- и топливоемкой подотраслью промышленности строительных материалов, материальные затраты в структуре затрат составляют почти 50%. Поэтому снижение материальных и энергетических ресурсов за счет совершенствования технологических процессов, конструкций изделий, повышения их качества, а также сокращения дальности перевозки сырьевых материалов — задача первостепенной важности.

В заключении хочется добавить, керамические изделия все больше приобретают популярности в современном строительстве. Они все больше вытесняют другие строительные материалы, несмотря на их относительную дороговизну и сложность укладки. С чем это связано? Прежде всего, с их прочностью и износоустойчивостью, чего нельзя сказать о многих других видах строительных материалов. Кроме этого можно отметить широкие возможности в нанесении разнообразных рисунков на керамические поверхности.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Горчаков Г. И. Строительные материалы: учебное пособие для высших учебных заведений/ Г.И. Горчаков, Ю.М.Баженов; под общ. ред. Г.И. Горчакова. – Владимир: Союзполиграфпром, 1986 г.

2. Комар, А. Г. «Строительные материалы и изделия», Ярославль, 1988г.

3. Бондаренко В.М., Римшин В. И. Строительная наука - направления развития // Строит, материалы. 1998 г. № 4.

4. Хигерович М.И., Байер В.Е. Производство глиняного кирпича. М.: Стройиздат. 1984 г.

5. Производство изделий строительной керамики. Состояние и перспективы развития, М., 1962 г.

6. Справочник по производству строительной керамики, М., 1961 г.;