8.6. Керамическая черепица

Керамическая черепица получается из глиняной массы путем формования, сушки и обжига.

Основным сырьем в производстве черепицы являются легко­плавкие глины, которые не должны содержать крупнозернистый пе­сок, карбонатные включения в виде конкреций размером более 0,5 мм, гипс, серный колчедан, крупные органические примеси. В глине должно быть значительное содержание оксидов железа. Глинистое сырье должно быть мало- или среднечувствительным к сушке, иметь пластичность не менее 10 %, воздушную усадку не более 8 %, хоро­шую связность, необходимую для получения прочного полуфабрика­та. Для корректировки свойств возможно использовать добавки.

Черепица изготавливается в основном пластическим способом формования, менее распространено полусухое прессование черепи­цы. Черепица пластического формования изготавливается на различных прессах с соответствующими приспособлениями для придания ей определенной формы. После отжига при температуре 1000⁰С натуральная черепица приобретает красно-коричневый цвет. Черепица может быть покрыта глазурью.

Для изменения цвета черепицы используют способы ангобирования и глазурования.

Отечественные и зарубежные заводы выпускают несколько типов черепицы: плоская ленточная, пазовая ленточная, пазовая штампованная одноволновая, двухволновая, желобчатая (крымская).

Керамическая черепица отличается: надежностью, долговечностью, огнестойкостью, хорошим шумопоглощением, прочностью, экологической чистотой. Эти свойства обеспечивают ее широкое применение в строительстве.

8.7. Вяжущие вещества

Вяжущими называют порошкообразные минеральные ве­щества, образующие при смешении с водой (затворении) пластичную, удобную для формования массу, которая со временем затвердевает в прочное, камневидное тело. По основному назначению и свойствам вяжущие вещества делятся на три группы: воздушные, способные твердеть и сохранять прочность только на воздухе, гидравлические, способные твердеть и сохранять прочность также и в воде, и кисло­тоупорные, которые после твердения устойчивы к действию мине­ральных кислот.

В зависимости от состава и свойств вяжущие вещества подразде­ляются на три группы (рис. 8.1..)

Воздушными вяжущими материалами называются матери­алы, которые после затворения водой твердеют и длительное время сохраняют прочность только на воздухе.

Гидравлически­ми вяжущими материалами называются материалы, которые после затворения водой и предварительного затвердевания на воздухе продолжают твердеть в воде.

К кислотостойким вяжущим материалам относятся такие, которые после затвердевания на воздухе сохраняют прочность при воздействии на них минеральных кислот. Это достигается тем, что для их затворёния используют водные растворы силиката натрия, а в массу материала вводят кислотостойкие наполнители (диабаз, андезит и др.).

Сырьем для производства силикатных материалов, исполь­зуемых в качестве вяжущих, служат природные минералы - гипсовый камень, известняк, мел, глины, кварцевый песок, а также промышленные отходы - металлургические шлаки, ога­рок колчедана, шламы переработки нефелина.

К воздушным вяжущим веществам относятся воздушная известь, гипсовые и магнезиальные вяжущие материалы.

Воздушная известь получается обжигом известняка в известково-обжигательных печах.

Различают следующие виды строительной воздушной извести: 1) негашеная комовая известь-кипелка, состоящая главным обра­зом из СаО, представляет собой пористые куски белого или серого цвета; 2) негашеная молотая известь - измельченная комовая известь; 3) гидратная известь-пушонка - тонкий порошок, полу­чаемый гашением комовой извести определенным количеством воды и состоящий в основном из Са(ОН)₂; 4) известковое тесто - мате­риал пластичной консистенции, получаемый гашением комовой из­вести избытком воды и состоящий главным образом из Са(ОН)₂ и воды. Гашение извести сопровождается выделением большого ко­личества тепла.

Схватывание гашеной извести — длительный процесс, так как образующаяся на поверхности частиц корка СаСО₃ затрудняет диффузию воздуха в глубь массы и выделение из нее воды.

Воздушная известь применяется для каменной кладки, для шту­катурных работ, в производстве кирпича, блоков, плит, в качестве вяжущего материала.

Гипсовые вяжущие вещества. Эти вещества получают из при­родного двуводного гипса СаSO₄*2 Н_аО, природного ангидрита СаSО₄ или из промышленных отходов, содержащих сульфат кальция.

Гипсовые вяжущие вещества подразделяются на две группы: первая группа - низкообжиговые гипсовые вещества, получаемые при обжиге двуводного гипса при низких температурах (150-200° С). Представителем низкообжигового материала является строи­тельный или полуводный гипс СаS0₄-0,5Н₂О. Строительный гипс применяется для изготовления строитель­ных деталей, для штукатурных работ, отливки форм в производстве керамических изделий; в медицине его используют для наложения гипсовых повязок, зубоврачевания и пр. Из строительного гипса вместе с асбестом изготовляют теплоизоляционные материалы.

Вторая группа - высокообжиговые материалы, полу­чаются в процессе обжига природного гипса при высоких температурах (600—700° С). В этих условиях происходит полное обезво­живание.

К высокообжиговым вяжущим материалам относится ангид­ритовый цемент и высокообжиговый гипс. Для получения ангидритового цемента обжиг производится при 600—700° С. Об­разовавшийся ангидрит измельчается в тонкодисперсный порошок, смешивается с некоторыми минеральными веществами, например из­вестью, сульфатом или бисульфатом натрия и другими, ускоряю­щими схватывание цемента, так как ангидрит почти не схватывается.

Ангидритовый цемент используется для приготовления строи­тельных растворов в смеси с песком или со шлаком, для изготов­ления теплобетонных блоков, обыкновенного бетона низких марок и др.

Высокообжиговый гипс получается обжигом природного гипса или природного ангидрита при 800—1000° С.

Обожженный материал, содержащий СаО и СаSО₄, затем тонко из­мельчают. Схватывание высокообжигового гипса происходит вслед­ствие превращения СаО в гидроокись, а затем в карбонат кальция и СаSО₄. Высокообжиговый гипс характеризуется высокой сопро­тивляемостью истиранию. Его используют для изготовления бесшов­ных полов, кладочных и штукатурных растворов и бетонов для под­земных сооружений, а также для изготовления искусственного мра­мора и различных строительных деталей.

Среди гипсовых вяжущих веществ наиболее распространено производство и применение низкообжиговых материалов, в частности строительного гипса.

К магнезиальным вяжущим веществам относятся каустический магнезит Мg0 и каустический доломит, содержащий наряду с МgО неразложившийся СаС0₃ и небольшое количество СаО. Они получаются обжигом магнезита МgСО₃ или доломита СаСО₃*МgС0₃ в шахтных или вращающихся печах при 800—850° С.

Обожженный материал измельчается в шаровой мельнице и затворяется в отличие от других вяжущих веществ не водой, а раствором хлористого магния, так как при затворении водой об­разуется медленно схватывающийся материал малой прочности. Магнезиальные вяжущие вещества хорошо связывают добавляемые к ним наполнители. На основе этих вяжущих веществ изготовляются ксилолит, фибролит, искусственные жерновые камни, точильные круги и др.

Ксилолит — спрессованная масса, состоящая из древесных опилок и магнезиального цемента; используется для настила по­лов, изготовления лестничных ступеней, подоконников и т. п., а также в качестве тепловой изоляции.

Фибролит — строительный тепло- и звукоизоляционный ма­териал. Получается прессованием смеси древесных стружек с магнезиальным цементом и последующей сушкой спрессованного материа­ла.

Гидравлические вяжущие вещества. К этому классу веществ относятся: гидравлическая известь, портланд-цемент, пуццолановые цементы, шлаковые цементы, глино­земистый цемент и др.— гидравлические вяжущие вещества.

Гидравлическая известь - вяжущее вещество, получаемое не доводимым до спекания обжигом мергелистых извест­няков при 900—1100° С. Применяются известняки, содержащие от 6 до 20% глинистых веществ. Обжиг производится в шахтных печах непрерывного действия.

В зависимости от соотношения между основными и кислотными окислами изменяются свойства гидравлической извести

При добавлении к гидравлической извести воды образуется тесто, которое начинает твердеть на воздухе и продолжает твердеть под во­дой без доступа воздуха. Чем больше величина гидравлического мо­дуля (Отношение воды к извести), тем быстрее и полнее гасится гидравлическая известь. Гид­равлическая известь применяется главным образом для кладки фундаментов и других частей небольших сооружений как подвергающихся, так и не подвергающихся действию воды.

Портландцемент - (гидравлический цемент) называ­ется гидравлический вяжущий материал, состоящий из сили­катов, и алюмосиликатов кальция различного состава.

Основ­ными компонентами портланд-цемента являются следующие соединения:

- алит (трикальцийсиликат) ЗСаО * SiO₂,

- белит (дикальцийсиликат) 2СаО * SiO₂

- трикалъцийалюминат ЗСаО • А1₂Оз.

Помимо этих соединений в портланд-цементе содержатся примеси трикальцийалюмоферрита ЗСаО • А1₂Оз • Fе₂Оз, окси­дов кальция и магния.

Характеристиками портланд-цемента являются «марка» и «модуль».

Маркой цемента называется предел прочности на сжатие об­разца цемента после затвердевания его в течение двадцати вось­ми суток, выражаемый в кг/см². Чем больше марка цемента, тем выше его качество. Существуют марки 400, 500 и 600.

Модулем цемента называется показатель, выражающий со­отношение между оксидами в нем. Различают три вида моду­лей цемента.

Силикатный (кремнеземный) модуль - отношение содер­жания оксида кремния к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа (1,7 – 3,5).

Глиноземный модуль - отношение содержания оксида алюминия к со-держанию оксида железа (1- 2,5).

Гидравличесий модуль - отношение содержания основ­ного оксида кальция к суммарному содержанию кислотных ок­сидов кремния, алюминия и железа.

Сырье для производства портланд-цемента: различные виды известковых пород, большей частью известняк, мел, доломит и глина, а также мергели, пред­ставляющие собой однородную смесь тончайших частиц извест­няка и глины.

Производство портланд-цемента включает приготовление сырье­вой смеси, ее обжиг и измельчение обожженного продукта. Произ­водство портланд-цемента осуществляют двумя способами: мокрым и сухим, различающимися приготовлением сырьевой смеси.

Наибольшее распространение получил мокрый способ производ­ства, при котором легче получить однородную сырьевую смесь, обеспечивающую постоянство свойств выпускаемого продукта, а также наблюдается меньшее по сравнению с сухим способом пылеобразование. Недостаток мокрого способа заключается в том, что он требует большого расхода топлива.

По мокрому способу сырье измельчают и смешивают в присут­ствии большого количества воды. Образующаяся сметанообразная пульпа - шлам - содержит 32—45% воды.

Мокрый способ применяется для переработки мягких материа­лов с высокой влажностью, легко диспергируемых водой или имею­щих различный химический состав; в этом случае сырьевой смеси, подготовленной мокрым способом, легче придается однородность.

Требования к портланд-цементу определяют­ся областями его применения. Одним из важнейших качеств, харак­теризующих портланд-цемент, является прочность. В соответствии с ГОСТ 970—61 портланд-цемент делится по прочности на пять ма­рок: 300, 400, 500, 600 и 700, что означает предел прочности на сжа­тие (кг/см²) через 28 суток.

Начало схватывания портланд-цемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, конец схватывания - не позднее чем через 12 ч с момента затворения.

Портланд-цемент должен быть морозостойким, хорошо сцепляться со стальной арматурой, быть стабильным при хранении и т. п.

Для придания цементам тех или иных свойств и для их удешев­ления применяют различные добавки: гидравлические (активный кремнезем, трепел, диатомит, измельченные вулканиче­ские породы), повышающие их водостойкость и способствующие твер­дению под водой; пластифицирующие (поверхностно-активные вещества), повышающие эластичность; кислотостой­кие (андезит, бештаунит, гранит), придающие коррозионную стойкость; инертные (песок, известняк, доломит), удешевляющие портланд-цемент.

Кроме портланд-цемента промышленность выпускает шлаковый портланд цемент (введение шлаков снижает стоимость цемента), пуццолановый (пуццоланы –вулканическая порода)глиноземистые (быстротвердеющий , но дорогой).

Портланд-цемент применяют главным образом для бетонных и железобетонных конструкций в наземных, подземных и подвод­ных сооружениях. Этот цемент широко используется для изготов­ления различных сборных железобетонных деталей, асбоцементных материалов и ряда других строительных изделий.

Бетоном называется искусст­венный камень, получаемый при затвердевании затворенной водой смеси цемента, песка и заполнителя. В качестве запол­нителей используют:

• в обыкновенных бетонах - песок, гравий, щебень;

• в легких бетонах - различные пористые материалы (пем­за, шлак);

• в ячеистых бетонах - замкнутые поры, образующиеся при разложении вводимых в бетонную смесь газо- и пенообразова­телей;

• в огнеупорных бетонах - шамотовый порошок;

• в железобетоне - металлическая арматура.

Бетоны, широко используемые для различных сооружений, зна­чительно дешевле цементов и более надежны. Активными состав­ными частями бетонной смеси являются вяжущие вещества и вода, между которыми протекают реакции, обуславливающие твердение. Заполнители при обычных температурах не вступают в химическое взаимодействие с вяжущими веществами и водой.

Производимые бетоны можно разделить на несколько типов:

Обыкновенные бетоны имеют в качестве заполнителя песок и гравий или щебень.

Легкие бетоны имеют пористые заполнители: туф, пем­зу, шлаки, керамзит и др. Применяются в основном для стен зданий в виде камней, крупных блоков и панелей.

Ячеистые бетоны имеют замкнутые поры, получаются при введении в цементное тесто газообразователей и пенообразова­телей. Используются ячеистые бетоны для тепловой изоляции кон­струкций зданий, а также для строительства холодильников.

Огнеупорные,бетоны в качестве заполнителей имеют хромистый железняк, шамот и др. Они обладают высокой тер­моустойчивостью и применяются для футеровки печей, котлов и т. п.

Железобетон — это бетон, армированный сталью, железом (каркасы, трубы, стальные пруты и пр.) Железобетон имеет высокий предел прочности на растяжение, в то время как бетоны хо­рошо противостоят сжатию. Из железобетона сооружают трубы высотой 30—40 м и более, фермы для покрытия больших пролетов, колонны для цехов, фундаментные балки, изготовляют различные изделия для крупноблочного жилищного строительства и т. п.