- •Керамические материалы
- •Общая схема производства керамических изделий
- •Стеновые материалы
- •Основы производства стекла
- •Виды изделий из стекла
- •Минеральные вяжущие вещества
- •Воздушные вяжущие
- •Магнезиальные вяжущие вещества
- •Гидравлические вяжущие
- •Теория твердения
- •Структура цементного камня
- •Свойства цементного камня
- •Технические характеристики пц и его применение
- •Специальные виды цементов
- •Активные минеральные добавки и цементы на их основе
- •Природные: Искусственные:
- •Алюминатные цементы
- •Бетоны и изделия из них
Керамические материалы
Керамическими материалами и изделиями называют изделия, получаемые формованием и обжигом глин.
По плотности керамические материалы и изделия делятся на 2 основных вида: плотные и пористые.
1) пористые керамические изделия впитывают более 5% воды по массе. В среднем водопоглощение по массе пористых изделий составляет 8-20% и 15-35% по объему,
2) плотные характеризуются водопоглощением по массе менее 5%, чаще всего 2-4%, а по объему 4-8%.
По назначению в строительстве различают следующие группы керамических материалов:
стеновые материалы (кирпич глиняный обыкновенный, пустотелый, легкий, камни керамические пустотелые);
кровельные (черепица, керамические пустотелые изделия);
облицовочные (для внутренней и наружной облицовки – кирпич и камни лицевые, плитки глазурованные и ангобированные),
материалы для полов (плитки),
материалы специального назначения (дорожные, санитарно-строительные, химически стойкие, материалы для подземных коммуникаций, теплоизоляционные, огнеупорные).
Сырье для производства керамических изделий
Сырьевые материалы, используемые для изготовления керамических изделий можно подразделить на пластичные и отощающие.
Глины и их керамические свойства
Глинами называют осадочные горные породы, представляющие собой тонкоземлистые минеральные массы, способные независимо от их минералогического и химического составов образовывать с водой пластичное тесто, которое после обжига превращается в водостойкое и прочное камнеподобное тело. Составной частью глины является каолинит, кроме него входит гидроалюмосиликаты (галлуазит Al2O3 2SiO2 4H2O, монтмориллонит Al2O3 4SiO2 nH2O), кроме этих встречаются примеси: кварц, полевой шпат, пирит и т.д. Эти примеси влияют на технологию керамических изделий и на их свойства. Глины часто содержат органические примеси. Высокая пластичность глин обусловлена присутствием мелких частиц, диаметр которых не превышает 0,005 мм – эти частицы называются глинистыми. В зависимости от содержания глинистого вещества различают: тяжелые глины (глинистого вещества более 60%), собственно глины (30-60%), суглинки (10-30%), супеси (5-10%).
По отношению к действию высоких температур различают глины 3-х групп:
огнеупорные (огнеупорность более 15800С), к таким относятся каолиновые глины, содержащие мало механических примесей: Al2O3 – 25-39%, SiO2 – 46-62%, Na2O+K2O – 0.3-3%,
тугоплавкие (1350-15800С): Al2O3 – 16-29%, SiO2 – 23-73%, Na2O+K2O – 0,7-3,2%,
легкоплавкие (менее 13500С): Al2O3 – 7-21%, SiO2 – 55-80%, Na2O+K2O – 1-5%,
По содержанию суммы Al2O3 и TiO2 глины делят на высокоосновные с суммой более 40%, основные – 30-40%, полукислые – 15-30%, кислые – менее 15%.
По температуре спекания: глины низкотемпературного спекания менее 11000С, среднетемпературные – 1000-13000С и высокотемпературного спекания более 13000С.
Пригодность глинистого вещества для изготовления керамических и огнеупорных изделий определяется их свойствами, зависящими от их химико-минералогического состава и гран. состава, наличия примесей.
Свойства глин как сырья для производства керамики: пластичность, отношение к сушке, отношение к нагреванию, огнеупорность.
Пластичностью глины называют ее способность под воздействием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять эту форму после прекращения действия усилий. Правильней было бы сказать, пластичность это не свойство, а одно из состояний.
Пластическое состояние является промежуточным между хрупким и вязко-текучим.
Пластичность, прежде всего, зависит от гранулометрического состава: с повышением дисперсности глин их пластичность возрастает. Запесоченность понижает их пластичность.
Пластичность оценивается числом пластичности – разнице между влагосодержанием при нижнем пределе текучести и границе раскатывания. Для строительной керамики Пл = 7-15.
Пластичность глины можно изменять. Для уменьшения пластичности вводят непластичные материалы (отощающие добавки) или добавляют малопластичные глины. Для повышения: более пластичные глины, измельчают, вводят пластификаторы.
По пластичности глины бывают: высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные, непластичные – не дающие пластичного теста.
Воздушная усадка (усушка) глины
Воздушная усадка представляет собой уменьшение размеров образца при сушке.
Удаление влаги при высушивании вызывает уменьшение размеров и объема образца при этом происходит рост внутренних напряжений, что приводит к растрескиванию. Усадка зависит от содержания глинистых частиц и оценивается коэффициентом чувствительности к сушке – Кч, который определяется как отношение объемной усадки к истинной пористости материала в воздушно сухом состоянии.
. (26)
По степени чувствительности глины разделяют: малочувствительные - Кч < 1, среднечувствительные – Кч 1-1,5, высокочувствительные – Кч > 1,5.
Объемная усадка глин изменяется от 2-3 до 10-12%.
Отношение глин к нагреванию
При нагревании в глине происходит ряд физико-химических изменений. Основное изменение возникает в процессе обжига, во время которого глина превращается в камневидный материал, не размокающий в воде.
Процесс протекает следующим образом:
Сначала испаряется физически связанная вода при t = 1100С и выше. Затем удаляется химически связанная вода из глинистых минералов, попутно выгорают органические примеси. Удаление химически связанной воды интенсивно происходит при t = 5500С и заканчивается при t = 7500С. В результате глина теряет пластичность и приобретает максимальную пористость. При t = 9000С и выше происходит распад каолинита на свободные оксиды Al2O3 и SiO2, при t > 10000С они вновь соединяются между собой, образуя новые легкоплавкие соединения. Если глину, которая приобрела максимальную пористость продолжать нагревать, то эти соединения начинают плавиться и связывать массу. Этот процесс называется спеканием глины. Большинство глин начинает спекаться при t > 9000C. При продолжающемся повышении температуры происходит полное спекание глины, все промежутки заполняются расплавившимися материалами, однако масса еще способна выдерживать собственный вес и не деформироваться. При спекании глина уплотняется и этим пользуются для получения плотных изделий.
При дальнейшем нагревании наступает полное размягчение, масса не выдерживает собственного веса и растекается.
Для производства плотных изделий необходимо, чтобы между температурами спекания и полного размягчения был достаточно большой интервал не менее 50-1000С.
Резко понижают температуру размягчения добавки - плавни. Значение плавней велико, т.к. снижение температуры спекания позволяет сократить расход топлива при обжиге. При производстве огнеупорных материалов, содержания в глине большого количества плавней недопустимо, т.к. размягчение происходит слишком рано.
Огневая усадка – уменьшение размеров изделия при обжиге объясняется тем, что наиболее легкоплавкие частицы глины переходят в состояние жидкости, заполняющей промежутки между твердыми частицами. Жирные глины дают большую огневую усадку, чем тощие, поэтому к ним часто добавляют тощие глины или пески. Огневая усадка колеблется от 2 до 6%.
Огнеупорностью называется свойство глины противостоять воздействию высоких температур, не расплавляясь. Огнеупорность выражается в градусах и определяется на конусе Зегера (в форме узкой 3-х-гранной пирамиды высотой 30 мм). Для определения огнеупорности пирамиду из испытуемой глины нагревают совместно с несколькими пироскопами. Огнеупорность глины соответствует огнеупорности того пироскопа, который коснулся подставки одновременно с испытуемым образцом. Промежуток между температурой спекания и огнеупорностью называется интервалом спекания. В пределах этого лежит температура обжига для получения готового керамического материала.
Добавки, вводимые в глину для корректировки свойств.
Отощающие. Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформаций и трещин в глине.
В качестве искусственных отощающих добавок используют шамот (дегидратированную глину), шлаки, золы, опилки. Природные отощители – это такие материалы, которые неспособны в смеси с водой образовывать пластичную массу (песок).
Выгорающие (порообразующие). В производстве изделий грубой керамики для повышения пористости и понижения теплопроводности в сырьевую массу вводят порообразующие добавки (опилки, уголь, торфяную пыль и др.). Они при обжиге сгорают и образуют поры.
Плавни (флюсующие). Введение в глину плавней способствует снижению температуры спекания. К ним относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, тальк и т.д.