Т.В. Хмеленко Строительные материалы и изделия

20

П о д г о т о в к а с ы р ь е в ы х м а т е р и а л о в. Она должна обеспечивать для каждого компонента керамической массы заданный химико-минералогический состав, необходимую степень чистоты, а также физическое состояние для дальнейшей переработки. Эта стадия включает процессы обогащения или “облагораживания” минерального сырья, т.е. промывку водой, сортировку, магнитную или ситовую сепарацию, химическую очистку и другие способы удаления вредных примесей, предварительное дробление, сушку сырья до влажности, обеспечивающей возможность измельчения, предварительную термическую обработку и т.д.

И з м е л ь ч е н и е к о м п о н е н т о в. Измельчение обеспечивает получение размеров зерна в соответствии с особенностями последующей технологии и требованиями к свойствам изделий. Для измельчения используют разнообразные дробилки (щековые, конусные, валковые, молотковые) и шаровые мельницы непрерывного или периодического действия. Для глинистых пород процесс измельчения нередко заменяют, так называемым “распусканием”, т.е. диспергированием до природных первичных частиц глиняных минералов под действием воды на куски породы.

С м е ш и в а н и е к о м п о н е н т о в. Оно должно обеспечивать получение однородной композиции (шихты, массы) определенного хи- мико-минералогического и зернового состава. После массовой или объемной дозировки компонентов их смешивают в периодически или непрерывно действующих смесителях. В ряде случаев процессы смешивания компонентов совмещают с их измельчением в мельницах тонкого помола.

П о д г о т о в к а м а с с ы. Она должна придавать массе определенные физические свойства (плотность, вязкость, пластичность), необходимые для последующих процессов формования. Эти свойства обусловливаются прежде всего надлежащим содержанием в массе “временной” или технологической связки. Последняя представляет собой, как правило, жидкость, хорошо смачивающую минеральные частицы, обеспечивает определенную пластичность дисперсной системы, а затем удаляется при последующей термической обработке сформованного полуфабриката. Роль такой жидкости могут выполнять вода, водные растворы минеральных или органических веществ. Формовочные свойства любых типов керамических масс в значительной мере зависят от их строения и содержания воздуха. Во многих производствах преду-

21

сматривают специальные технологические операции для улучшения строения масс и удаления воздуха.

П р о ц е с с ы ф о р м о в а н и я. Они должны придавать полуфабрикату (сырцу, заготовке) требуемую форму и размеры с учетом последующих изменений объема в сушке и обжиге. Одновременно должны быть обеспечены плотность, однородность строения полуфабриката и механическая прочность, достаточная для транспортирования и последующих технологических операций.

Варианты процесса формования, используемые в керамической технологии, могут быть сведены к трем главным группам:

а) прессование из порошковых масс, осуществляемое с приложением высоких давлений (плитки для полов);

б) формование из пластичных масс – выдавливание, штемпельное формование и раскатка заготовок в тела вращения (огнеупоры, строительная керамика, черепица, трубы);

в) отливка из текучих суспензий, так называемых керамических шликеров. Получение достаточно прочной отливки основано на удалении (отсасывании) избытка жидкости из тела отливки в пористую форму, либо на изменении агрегатного состояния (затвердевании) технологической связки. Процессы чаще осуществляются без внешнего давления (тонкая керамика, техническая керамика). В необходимых случаях все перечисленные способы формования сочетаются с последующей механической обработкой полуфабриката (резкой, обточкой, шлифованием), завершающей придание ему требуемой формы.

С у ш к а к е р а м и ч е с к о г о п о л у ф а б р и к а т а. Она должна закреплять форму полуфабриката и снижать содержание связующей жидкости в такой степени, чтобы исключить ее отрицательное влияние на последующий процесс обжига изделий. Если основным компонентом связки является малолетучее органическое вещество, то вместо процесса сушки осуществляется предварительное выжигание связки.

О б ж и г п о л у ф а б р и к а т а. Это важнейший этап керамической технологии, превращающий полуфабрикат в готовое изделие. Во время обжига протекает ряд сложных физико-химических процессов, в результате которых упрочняется и уплотняется изделие. Уплотнение и упрочнение, которые объединяются общим понятием “спекание”, сопровождаются приобретением необходимых физических, химических и технологических свойств. В процессе обжига изделия при температуре

22

до 100оС происходит испарение свободной воды. Удаление химически связанной воды - дегидратация – происходит при 450–500оС, оно приводит к образованию безводного метакаолинита. Затем происходят выгорание органических добавок и разложение карбонатов. При 600оС и выше протекает диссоциация безводного метакаолинита. Более высокая температура 900–1000оС способствует образованию муллита 3Al2O22SiO2, который и придает основные эксплуатационные свойства обжигаемому изделию. В процессе обжига и последующего охлаждения происходит изменение объема изделия на 2–3%, т.е. огневая усадка, которая связана с переходом кварца из α -модификации в β -форму и в α -кристобалит.

Обожженное изделие еще не всегда является готовой продукцией. Для ее выпуска могут требоваться различные дополнительные процессы, такие как шлифование, глазурование, декорирование, металлизация и др.

2.2.4. Свойства керамического кирпича

Кирпич глиняный обыкновенный имеет форму параллелепипеда размером 250×120×65 мм. Средняя плотность кирпича 1600–1900 кг/м3. Водопоглощение 6–20 %. В зависимости от предела прочности при сжатии кирпич делят на марки М75; М100; М125; М150; М200; М250; М300. Теплопроводность кирпича 0,7–0,82 вт/м.оС. Марка кирпича по морозостойкости F15; F25; F35; F50. Пористость кирпича колеблется в пределах 20–40 %.

2.2.5. Пример решения задач

Задача 1 Определить, какое количество глины по массе и по объему необ-

ходимо для получения 10000 штук кирпича со средней плотностью 1800 кг/м3. Средняя плотность глины 1700 кг/м3, влажность ее 15 %, а потери при прокаливании составляют 10 % от массы сухой глины.

Решение.

Определяем, какой объем будут иметь 10000 штук кирпича.

Vк = 10000·0,25·0,12·0,065=19,5 м3.

Определяем массу 10000 штук кирпича.

Vк ρ к = 19,5·1800=35100 кг.

23

Определяем массу сырой необожженной глины, необходимой для изготовления 10000 шт. кирпича с учетом потерь при прокаливании и влажности.

35100 1,10·1,15=44402 кг.

Определяем объем сырой глины.

Vгл = m / ρ гл = 44402/1700 = 26,12 м3.

2.2.6. Задачи для самостоятельного решения

1. Сколько штук обыкновенного красного кирпича можно приготовить из 5 т глины? Влажность глины 19 %, потери при прокаливании

8 % от массы сухой глины. Кирпич должен иметь среднюю плотность 1750 кг/м3.

2.Требуется получить 1000 штук пористого кирпича со средней плотностью 1000 кг/м3. Средняя плотность обыкновенного кирпича из этой глины 1800 кг/м3. Рассчитать массу древесных опилок, необходи-

мых для получения 1000 штук пористого кирпича, если насыпная плотность опилок 300 кг/м3.

3.Сколько кг глины требуется на изготовление 2000 штук плиток

для пола размером 150×150×13 мм, пористость плиток 4 %, истинная плотность спекшейся массы 2520 кг/м3, а потери при сушке и обжиге составляют 15% от массы глины?

4.Масса кирпича керамического обыкновенного стандартных размеров марки 150 в сухом состоянии равна 3,5 кг. Найти пористость

кирпича и решить вопрос о пригодности его для кладки стен гражданских зданий, если истинная плотность его равна 2,5 г/см3.

5.Определить предел прочности кирпича при изгибе, если площадь поршня пресса равна 40 см2, а показание манометра при разрушении кирпича равно 10 атм. Кирпич имеет стандартные размеры. Расстояние между опорами при испытании равно 20 см.

6.Сколько потребуется глины для изготовления 2500 штук плиток

для пола размером 150×150×13 мм, если известно, что пористость плиток 5 %, плотность спекшейся массы 2,60 г/см3, а потери при сушке и обжиге глины составили 13 % от массы глины?

7.Масса кирпича керамического обыкновенного стандартных размеров марки 200 в сухом состоянии равна 3,5 кг. Найти пористость

24

кирпича и решить вопрос о пригодности его для кладки стен гражданских зданий, если истинная плотность его равна 2,6 г/см3.

8. Сколько штук кирпича стандартных размеров получится из 65 т глины влажностью 8 %, если потери при обжиге сырца составляют 6 % от массы сухой глины, а средняя плотность кирпича равна 1750 кг/м3?

9. Сколько расходуется глиняной массы на изготовление 4500 штук плиток для пола размером 150×150×13 мм с пористостью 4,5 %, если истинная плотность готовой плитки равна 2,56 г/см3, а потери при сушке и обжиге составляют 16 % от массы глиняного сырья?

10. Определить предел прочности при изгибе глиняной плоской ленточной черепицы, размером 365×155 и толщиной 12 мм. Разрушающая нагрузка при испытании на изгиб 70 кг. Расстояние между опорами равно 30 см.

11. Определить предел прочности кирпича при изгибе, если площадь поршня пресса равна 40 см2, показание манометра перед разрушением кирпича 12 атм, ширина кирпича 122 мм, толщина 66 мм, расстояние между опорами 20 см.

12. Определить количество глиняной черепицы для 10 м2 кровли и определить массу кровли. Для покрытия кровли применяется плоская ленточная черепица, кроющие размеры которой по длине 160 мм, по ширине - 155 мм. Вес 1 м2 покрытия в насыщенном водой состоянии равен 65 кг. Габаритные размеры черепицы: длина 365 мм и ширина 155 мм. Полное водопоглощение черепицы 8 %.

13. Масса образца кирпича в сухом состоянии 60 г. Определить массу кирпича после насыщения его водой, а также относительную плотность твердого вещества, если известно, что водопоглощение по объему кирпича равно 18 %, пористость кирпича 29 %, истинная плотность кирпича 1700 кг/м3.

14. Определить пористость кирпича, если известно, что его водопоглощение по объему в 1,7 раза больше водопоглощения по массе, а плотность твердого вещества кирпича равна 2200 кг/м3.

15. Определить коэффициент размягчения кирпича, если при испытании образца кирпича в сухом состоянии на сжатие максимальное показание манометра пресса было равно 41,3 МПа, тогда как такой же образец в водонасыщенном состоянии показал на манометре 37,4 МПа.

16. Определить среднюю плотность и пригодность кирпича марки

75 для изготовления фундаментов одноэтажного промышленного здания на обводненных грунтах, если известно, что водопоглощение кир-

25

пича по массе 16,4 %, по объему 27,6 %. Разрушающая нагрузка при испытании кирпича в водонасыщенном состоянии равна 135 кН.

17.	Определить коэффициент конструктивного качества кирпича
марки 125, который имеет пористость 16 %,			а истинную плотность
1,9 г/см3.
18.	Кирпич	в водонасыщенном состоянии	(водопоглощение по
объему	32 %)	характеризуется пределом прочности при сжатии

6,4 МПа. Определить водостойкость данного кирпича и его водопоглощение по массе, если коэффициент конструктивного качества равен 5,23 МПа, истинная плотность – 1,93 г/см3, пористость - 0,18.

19. Кирпич марки 100 характеризуется следующими свойствами: коэффициент плотности 0,64, водопоглощение по массе 16 %, пористость общая 11,6 %. Определить истинную плотность данного кирпича и коэффициент конструктивного качества.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы: Учеб. для вузов.- М.: Стройиздат, 1986.- 688 с., ил.

2. Примеры и задачи по строительным материалам / Под ред. П.Ф.Шубенкина. - М.: Высш. шк.,1970.- 232 с.

3. Гречка Ю.Л. Строительные материалы в примерах и задачах. Учеб. пособие. – Новокузнецк: изд-во СМИ, 1991. - 244 с.

26

Составитель Татьяна Владимировна Хмеленко

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Методические указания к решению задач для студентов направления 550100- “Строительство”

Редактор Е.Л. Наркевич

ЛР № 020313 от 23.12.96.

Подписано в печать 15.03.2000. Формат 60×84/16.

Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 2,8. Тираж 75 экз. Заказ Кузбасский государственный технический университет.

650026, Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Типография Кузбасского государственного технического университета. 650099, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 А.