11 Керамические материалы и изделия

11.1 Общие сведения и классификация

Керамическими называются искусcтвенные каменные материалы и изделия, изготавливаемые из глин и других видов минерального сырья с добавками или без них. Их получают формованием, сушкой и обжигом при высоких температурах.

Обожженые керамические изделия начали получать около 5 тыс. лет до н.э. Вначале это была посуда.

Архитектурные детали, черепицу, водопроводные трубы, кирпич изготавливали в Древней Греции и в Древнем Риме. Из кирпича выполняли своды перекрытий, пролеты мостов, акведуки.

На территории Беларуси изделия из керамики появились в V в. до н.э.

В средние века в строительстве начали применять обоженные кирпич, черепицу.

Сохранились замки в Лиде (XIV в.), Новогрудке (XIV-XVI в.), Несвиже (XVI в.), Софийский собор в Полоцке (XVI в.), построенные из кирпича.

В современном строительстве керамические материалы и изделия применяют для возведения стен, облицовки фасадов и внутренних стен, устройства полов, кровель, устройства дренажа и канализаций, санитарных и других целей.

Керамические строительные материалы и изделия подразделяются по структуре и по назначению.

По структуре они бывают пористые и плотные. Пористые с водопоглощением по массе более 5 %, в среднем 8–20 %. Такую структуру имеют стеновые материалы, облицовочные плитки, черепицы, дренажные трубы. Плотные – с водопоглощением по массе менее 5 %, чаще всего 1–4 %. Они практически водонепроницаемы. К ним относятся плитки для пола, канализационные трубы и др.

По назначению керамические строительные материалы и изделия подразделяются на следующие виды: стеновые, облицовочные, санитарные, черепица, трубы, кислотоупорные, огнеупоры, заполнители для легких бетонов.

11.2 Сырьевые материалы

Сырьем для производства керамических материалов и изделий служат глины, трепел, диатомит и добавки.

11.2.1 Глины

Глинами называются осадочные горные породы, способные при затворении водой образовывать пластичное тесто, которое после высушивания обладает некоторой прочностью, а после обжига превращается в камневидное тело. Они образовались в результате выветривания, главным образом, полевошпатовых горных пород, гранитов, гнейсов и др., т.е. в результате воздействия перепадов температуры, воды, ветра, химического разложения. Состоят из глинистых минералов, представляющих водные алюмосиликаты: каолинита – Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O, монтмориллонита – Al₂O₃·4SiO₂·2H₂O, гидрослюд.

Чистые глины, состоящие из каолинита, называются каолинами. Они содержат значительное количество частиц менее 0,01 мм. После обжига сохраняют белый цвет. Это первичные глины. Они преобладают в природе и применяются для изготовления фарфоровых и фаянсовых изделий.

Вторичные глины образовались в результате переноса продуктов разрушения горных пород водой, ветром и отложения в новых местах. Они засорены песком, известняком, гипсом, органическими веществами и пр. В зависимости от степени засоренности их применяют для изготовления керамических плиток, труб, кирпича, керамзита.

Глины с повышенным содержанием монтмориллонита называют бентонитами. Дисперсность их высокая. Частиц размером менее 0,001 мм содержится 85–90 %. Отличаются высокой пластичностью.

Важнейшей характеристикой глин является химический состав, от которого зависит пригодность их для производства тех или иных изделий. Глина состоит из глинозема – Al₂O₃ (10--35 %), кремнезема – SiO₂ (46--85 %); оксида железа (II) – Fe₂O₃ , оксида железа (III) – FeO, пирита – Fe₂S (0,2–10 %); оксида кальция – CaO (0,03–6 %), диоксида титана – TiO₂ (0,2–1,5 %), оксидов щелочных металлов – Na₂O, K₂O (0,1–6 %), сернистого ангидрида – SO₃ (0–0,5 %).

Важнейшей составной частью глин является глинозем. Он оказывает наибольшее влияние на свойства керамических изделий. С увеличением количества глинозема повышается пластичность, огнеупорность и прочность изделий. При содержании глинозема менее 6-8 % получить керамические материалы невозможно.

Кремнезем является преобладающим в глинах. Он может находиться, как в связанном, так и в свободном состоянии в виде кварцевого песка. Запесоченные глины имеют низкую пластичность, а изделия из них – малую механическую прочность и низкую морозостойкость.

Оксид кальция и оксид магния сокращают период спекания глин и ухудшают условия обжига керамических изделий.