Будівельна кераміка

Керамічними називають штучні кам'яні матеріали та вироби, які одержують з глин або їхніх сумішей з мінеральними добавками шляхом формування і наступного обпалювання.

До будівельної кераміки відносять керамічні вироби, які засосовують у будівництві будинків, їхньому облицюванні, у будівництві каналізаційних та дренажних споруд, сантехнічних вузлів і ін.

Будівельні керамічні вироби та матеріали залежно від призначення поділяються на:

• – стінові (цеглини і будівельні камені, блоки і панелі),
• – елементи перекриттів (пустотілі камені, балки, панелі перекриттів),
• – кераміка для зовнішнього облицювання (цегла, фасадна плитка, килимова кераміка),
• – кераміка для внутрішнього облицювання (глазуровані плитки, плитки для підлог),
• – покрівельні (черепиця різних видів),
• – труби каналізаційні та дренажні,
• – санітарно-технічні (раковини, ванни, унітази і т.д.),
• – кислототривкі (цеглини, плити, труби),
• – дорожні (цегла, камені),
• – вогнетривкі (цегла й інші фасонні вироби),
• – теплоізоляційні і легковагові: керамзит, аглопорит.

Основна сировина у виробництві кераміки – глина, у яку вводять пісні добавки, вигоряючі добавки, флюси.

До пісних добавок відносяться: кварцовий пісок, шамот (продукт випалу глин за 900-1400°С, в процесі випалу глини втрачають пластичні властивості), шлаки і золи, крім того, використовують здрібнений бій керамічних виробів. Вони зменшують усадку виробів та внутрішні напруження.

До вигоряючих добавок відносяться: пилоподібне тверде паливо, відходи вуглевидобутку, тирсу. Вони підвищують спучування маси в процесі випалу за рахунок утворення СО, СО2, Н2, Н2О.

Флюси (плавні) це польові шпати, склобій, крейда, доломіт. Ці речовини поліпшують вогнетривкість, знижують температуру випалу виробів.

Незважаючи на різноманіття форм та розмірів, технології виготовлення подібні і зводяться до:

• – видобутку сировини в кар'єрах,
• – транспортування на заводи,
• – підготовки сировинної маси (здрібнювання, зволоження, перемішування компонентів) трьома методами: пластичним з використанням води чи пари, сухим – із сушінням сировини до вологості 1 – 2%, шлікерним – змішанням з водою глин і пісних добавок),
• – формуванню виробів трьома методами: пластичним – вологість сировини 18 – 23%, сухим – вологість сировини 2 – 8% і способом лиття – з використанням як сировини шлікеру вологістю 40 – 60%,
• – природному та штучному сушінню виробів (природне – під навісами в сушильних сараях не вимагає витрат палива, але продовжується тривалий час – 10-15 діб, вимагає великих площ і залежить від температури та вологості навколишнього середовища; штучне – триває залежно від товщини виробу від декількох годин до 1 – 3 діб, виконують його в камерних сушарках періодичної дії або в тунельних безперервної дії, у яких вироби та теплоносій рухаються назустріч один одному. Недоліки камерних сушарок: нерівномірність сушіння по довжині та ширині камери, тривалість процесів завантаження та вивантаження виробів. Переваги тунельних сушарок: потоковість виробництва, високий рівень механізації, висока продуктивність праці),
• – випалу виробу, під час якого зростає міцність, щільність, морозостійкість виробу. В процесі випалу протікають складні фізико- хімічні процеси: у початковий період випалу з виробу-сирцю видаляється вільна вода (температуру до 200°С піднімають повільно, щоб не зруйнувати виріб інтенсивним паротворенням), за 450 – 700°С вигоряють органічні домішки і видаляється хімічно зв'язана вода, керамічна маса безповоротно втрачає пластичні властивості. Подальше нагрівання приводить до спікання легкоплавких сполук керамічної маси та мінералів-плавнів. Розплав обволікає частки, що не розплавилися, заповнює пори між ними, зближає їх і ущільнює всю масу. У розплаві відбувається утворення нових сполук, кристалізація яких в процесі остигання забезпечує перетворення вихідного матеріалу в міцний моноліт,
• – охолодження виробів, яке необхідно проводити повільно щоб уникнути появи місцевих напружень та розривів керамічних мас.

Найпоширенішим видом будівельної кераміки є цегла. Цеглу в Україні виробляють декілька тисячоліть. Розрізняють цеглу глиняну та силікатну. Для виробництва першої використовують червону глину, другої – силікатні піски та вапняки. Виробництво цегли є досить матеріаломістким і прив'язане до споживача.

Для виробництва цегли використовуються в основному легкосплавні глини середньої пластичності, що містять до 45 – 50% піску без великих включень вапна та каменю. Цегельні глини містять 53 – 81% – SiO2, 7 – 23% -A12O3, 2,5 -8,0% – Fe2O3, 0,7 – 13,8 – CaO, 0,5 – 2,0% – MgO. Втрати в процесі прожарювання цієї глини становлять від 3,3 до 13,3%, її лінійна усадка в процесі сушіння – 5 – 12%, а лінійна усадка за температури випалювання 1000°С – 5 – 9%; водопоглинання після випалювання за температури 1000°С – 8 – 20%.

Добута в кар'єрі та доставлена на виробництво глина піддається обробці, в результаті якої розпадається її природна структура, вона рівномірно перемішується з добавками, зволожується до стану однорідного робочого тіста. На рис. 10.3 зображена технологічна схема виробництва керамічної цегли.

Рис. 10.3. Технологічна схема виробництва керамічної цегли:

1 – ящиковий подавач суміші; 2 – транспортер; 3 – дроблення глини та відділення каменю на вальцях; 4 – помел глини на бігунах; 5 – транспортер; 6 – формування цегли на стрічковому пресі; 7 – різка цегли-сирцю на автоматі.

Подрібнена сировина обробляється на валкових дезінтеграторних подрібнювачах. Глина з кам'янистими включеннями надходить на бігуни мокрого помелу, котрі складаються з чаші з дірчастим дном та двох катків. Глина подрібнюється цими катками і продавлюється через отвір на дні чаші. В бігунах глина витримує стискуючі навантаження, періодично потрапляє під каток. Продуктивність бігунів 10 – 28 т/год і більше. Масу, яка пройшла обробку на валкових подрібнювачах, спрямовують на бігуни тонкого помелу, після чого вона надходить до глиномішалки. Глиномішалки мають довжину 3 – 4 м, їх продуктивність до ЗО м3/год, що забезпечує випуск 10 тис. штук цегли на годину. Маса у глиномішалці зволожується водою чи парою, внаслідок чого підвищується її здатність до формування та поліпшуються сушильні якості сирцю. Формування цегли здійснюється на стрічковому пресі за пресового тиску не менш за 2 – 5 кг/см2. Продуктивність стрічкового пресу становить 4-5 тис. штук цегли за годину. Для поліпшення формівних властивостей маси з неї вилучають повітря, тобто піддають вакуумуванню, що забезпечує більш стійке скріплення між собою глиняних часточок. Після цього у масі залишається близько 1% повітря. Продуктивність вакуумних стрічкових пресів від 5 до 10 тис. штук цеглин за годину і більше. Глиняний брус, який виходить зі стрічкового пресу, розрізається на окремі цеглини за допомогою напівавтоматичних чи автоматичних різальних верстатів. Потім відбувається процес сушіння. В цьому процесі вода цеглин переходить із рідинного стану в пароподібний та відводиться у навколишнє середовище.

Сушіння цегли – природне (на повітрі), яке відбувається за рахунок теплової енергії сонця, дешевше але штучне, яке відбувається за рахунок тепла, спеціально отриманого у відповідних установках, значно ефективніше. Процес випалу умовно поділяють на три періоди: прогрів, випал та охолодження. У період прогріву з сирцю виділяється гігроскопічна та гідратна волога, згоряють органічні домішки, рівномірно прогрівається маса і розкладаються карбонати. В процесі випалу відбувається розплав найбільш плавкої частини глини, яка окутує нерозплавлені частки глини і спікає масу. Період охолодження супроводжується утворенням твердої цеглини.

Випал цегли відбувається у печах безперервної дії – кільцевих та тунельних. Недоліки: використовується дуже багато води, яка потрапляє у повітря разом зі шкідливими газами та парою.