Какие материалы используются в производстве керамики. Сырье для керамических материалов и изделий. Тема: Керамические материалы

Керамика является одним из основных материалов, используемых в промышленности и повседневной жизни. Ее называют третьим промышленным материалом, наряду с металлами п полимерами. В этом разделе представлены виды керамики п рассмотрена технология изготовления керамических изделий. Особое внимание уделено способам формования керамических изделий.

б ИСТОРИЯ КЕРАМИКИ

Керамика была первым искусственным материалом, созданным человеком задолго до получения стекла и металла, производства пластмасс и композитов. Керамические изделия, в отличие от деревянных и металлических, долговечны и устойчивы к изменениям природных условий, поэтому археологи изучают историю исчезнувших городов и стран по керамическим черепкам. Археологические раскопки, проводимые на территории многих государств, дают обширный материал для изучения этой интереснейшей области творческой деятельности человека .

Изобретению керамики помогли уникальные свойства глинистых минералов, позволившие первобытным людям лепить из влажной глины сосуды и фигурки, которые после обжига в пламени костра приобретали прочность. (Как говорится в Библии, первый человек на Земле - Адам - также был создан Богом из глины.)

Наличие глины - легкодоступного природного материала обусловило быстрое и повсеместное развитие керамического ремесла на самой заре человеческой истории, в период первобытнообщинного строя. Появившись еще в эпоху мезолита, оно уже в эпоху неолита получило развитие.

Первыми керамическими изделиями были сосуды для воды и пищи с толстыми стенками и пористым черепком, для удобства установки в землю дно такого сосуда было круглым или коническим. В глину для придания прочности при обжиге добавляли толченые раковины и измельченный гранит. По отпечаткам пальцев ученые установили, что древнейшие керамические сосуды изготавливали женщины. Лепили такие сосуды из жгутов и декорировали штампами в виде ямок, полос, бороздок различной формы. В зависимости от используемой глины изделия имели цвет от терракотового до черного. Позднее для декорирования стали использовать цветные глины с преимущественно красной, белой, желтоватой или темной окраской, покрывая ими отдельные части рисунка (ангобы). В некоторых культурах стали использовать лощение - заглаживание поверхности.

Первые глазурованные изделия появились в IV-III тыс. до н.э., в районах Ближнего и Среднего Востока. Керамические изделия (цветной глазурованный кирпич и облицовочные плитки, составляющие монументальное панно) использовались для украшения дворцовых и религиозных построек. Появившаяся глазурь содержала много щелочей и была фриттованной.

Важнейшим фактором совершенствования керамического мастерства явилось изобретение гончарного круга (IV тыс. до н.э.), применение которого резко повысило производительность труда и улучшило качество изделий. Гончарным делом стали заниматься мужчины.

В Древнем Египте сосуды делали из грубой массы, в глину добавляли мелкорубленую солому - для уменьшения вязкости глины, скорейшего высыхания и предотвращения большой усадки изделия. Формовка сосудов тяжелых форм в неолитический и додинастический периоды проводилась вручную, позднее в качестве вращающейся подставки стали применять круглую циновку - предшественницу гончарного круга. Также стали применять формование на веревочных болванках. В Египте появились гончарные печи из глины, высотой в два раза больше человеческого роста, напоминающие расширяющуюся кверху трубу; дверца печи, через которую загружали топливо, была расположена внизу, а сосуды загружали сверху и гончар поднимался по лестнице.

Позднее в Египте масса становится более тонкой, а формы - более разнообразными, с рельефными и гравированными орнаментами. Кроме посуды, ваз и кирпичей египтяне изготавливали из глины статуэтки, часто с головами животных, ожерелья, изображения скарабеев, детские игрушки, печати, даже саркофаги и т.д.

Цвет египетской керамики зависел от сорта глины, декора (ангоба) и обжига. Для ее изготовления употребляли глину в основном двух сортов: коричнево-серого цвета с довольно большим количеством примесей (органических, железистых и песка), которая при обжиге приобретала коричнево-красный цвет, и серую известковую почти без органических примесей, приобретающую после обжига разные оттенки серого цвета, бурую и желтоватую окраску.

Постепенно процесс глазурования стал распространяться и в Древней Греции. Декорирование росписью проводили по сырому черепку. Основными способами изготовления керамических сосудов в Греции были лепка сосуда вручную из жгутиков, формование на веревочных болванках и формование на гончарном круге. Своего расцвета греческая керамика достигла в VI-V вв. до н.э.

В Древней Греции вазы нс были предметом роскоши - их было очень много и изготавливались они из простой глины, а для росписи использовался только черный «лак» (флюсный ангоб). По при небольшом разнообразии применяемых материалов (греки не знали ни прозрачных глазурей, ни цветных эмалей) расписные вазы превращались в подлинные произведения искусства, оказавшие огромное влияние на развитие всего мирового декоративно-прикладного искусства.

Роспись древнегреческой керамики принято делить на четыре стиля:

• 1) IX-VIII вв. до н.э. - геометрический стиль - роспись в виде геометрического орнамента с условно-стилизованными фигурками животных и людей;
• 2) конец VII в. до н.э. - ковровый, или ориентализирующий, стиль - роспись с полихромными поясами орнамента с восточными узорами и изображения животных и фантастических существ;
• 3) VI в. до н.э. - чернофигурный стиль - роспись многофигурными композициями из жизни богов черным «лаком» по незакрашенному желтому, оранжевому или розоватому фону;
• 4) около 530 г. до н.э. - краснофигурный стиль - при покрытии фона черным «лаком» неокрашенные фигуры имели естественный цвет глиняного черепка. Эта техника давала мастеру возможность более детально прорисовывать формы, передавая естественность движения фигуры.

Этрусская керамика (XII-V вв. до н.э.) не уступает греческой с точки зрения технологий, но имеет меньшую художественную ценность.

Этрусскую керамику можно разделить на две группы:

• 1) копии греческих ваз (амфоры и чаши);
• 2) нерасписные сосуды среднеазиатского и египетского типа с грубо выполненными пластическими украшениями. По цвету черепка их делят на черные (буккеро, при обжиге глина приобретала черный цвет) и красные (импасто).

Римская культура унаследовала многие греческие традиции без трепетного отношения к керамике, как это было в Древней Греции. Керамические изделия - это уже не произведения искусства, а обычные бытовые изделия, имеющие по-римски чисто утилитарное, прагматическое значение. Для изготовления посуды применялся ручной гончарный круг. Устройство гончарных обжигательных печей по существу не изменилось, но печи для выпуска массовой продукции часто достигали больших размеров и допускали более высокий обжиг керамики. Римские керамисты изготавливали горшки, солдатские котлы, сковородки, кувшины для воды, посуду для молока, кубки в форме чаш и бокалов, большие блюда, тарелки, соусники, салатники. Римские строители широко применяли керамику, из нее выполняли сложные архитектурные детали.

Первоначально в Древнем Риме большое распространение получила расписная керамика, но постепенно она теряла свою художественную ценность и роспись полностью заменила рельеф на глиняной посуде, покрытой красным «лаком». Керамисты Аррециума в Италии достигли совершенства в изготовлении красной глазури, имеющей ровную окраску и блестящую поверхность, напоминающую блеск сургуча.

Для декорирования использовали известные приемы изготовления невысокого рельефа на внешней поверхности стенок с помощью форм и штампов. Рельефы на некоторых арретинских сосудах создавали с помощью штампов, имевших «негативные» углубленные изображения. Они оттискивались в мягкой керамической массе на поверхности сосудов, а затем покрывались красным «лаком» и обжигались в печах.

Наиболее активно керамические изделия в Киевской Руси стали изготавливаться в VIII-XII вв. Первоначально изделия изготавливались лепкой, но в конце IX - начале X в. произошел переход к гончарной технологии.

В массу для придания прочности стали добавлять различные наполнители: песок, дробленый камень, слюду, солому и мякину. Для придания прочности изделиям их стали декорировать калением в чистой воде, обдариванием в теплом хлебном растворе и чернением в печи. Основной продукцией были различные виды посуды (горшки, крынки, жбаны, миски), детские игрушки, светильники, рукомойники, кирпичи, облицовочная плитка.

В X-XI вв. ручной гончарный круг заменяет ножной, вращающийся быстрее и освобождающий руки гончара, что меняет вновь технологию - устраняется процесс предварительной черновой лепки изделия.

Татаро-монгольское иго отбросило все достижения русских гончаров IX-XII вв.: полностью исчезли некоторые сосуды, упростился орнамент, была практически полностью забыта технология глазурования п после свержения ига еще три века изделия отличались однообразием и грубостью форм.

На культуру керамического производства в Западной Европе большое влияние оказали испано-мавританские керамические изделия, покрытые оловянной глазурью. Вначале в Италии «майоликами» называли только испанскую керамику, импортированную в страну, в конце XIV в. в Италии стало интенсивно развиваться производство подобной керамики, а XVI в. название «майолика» стало применяться и к итальянской керамике.

В Италии керамист Лука делла Роббиа (1399(1400)-1482) первым применил технику глазурования терракоты в круглой скульптуре и рельефах для фасадов и интерьеров зданий. Его изделия стали называть майоликой, а разработанные глазури стали секретом семьи делла Роббиа и до XVI в. изготовление скульптуры из майолики оставалось привилегией семейства делла Роббиа.

Покрытие изделий белой оловянной глазурью создавало идеальный фон для росписи. Сначала рисунок стали просто наносить на сырую глазурь (эль-фреско), а затем еще и усовершенствовали технологию нанесением дополнительного покрытия прозрачной глазурью.

Вначале большинство итальянских керамических изделий служили лишь декоративным целям, но позднее декоративность и утилитарность соединились в альбарелли - античных сосудах эпохи Возрождения.

В свою очередь итальянская майолика оказана немалое влияние на развитие керамического промысла Германии XV в., а также Франции XVI- XVIII вв., где она стана называться «фаянс».

Во Франции родоначальником фаянса считается Бернар Палисси (около 1510-1589(1590)), который разработал собственные рецепты белой эмали и различных глазурей - полив. Он работал с «сельскими глинами» и создан многочисленные декоративные произведения (в основном декоративные блюда), выдержанные как в натуралистическом, так и в мифологическом духе. Одновременно во Франции развивается и другая технология - обжиг при низкой температуре с росписью по предварительно обожженной глазури.

Другим технологическим видом керамики того времени была каменная масса. В XIV в. немецкие гончары изобрели каменную массу. Она массово производилась в XIV-XVII вв.

До XV в. технология производства совершенствовалась, стал применяться рельефный декор, и лишь к началу XVI в. каменная керамика обрела тот классический свой вид, который имеет сейчас.

Благодаря низкодисперсному составу массы и небольшой усадке технология позволила декорировать стенки сосудов весьма тонкими и проработанными рельефами. Штампы для их изготовления вырезались отдельно и пропечатывались на подсохшем сосуде. Благодаря высокой температуре обжига, до 1300°С, уменьшалась пористость черепка. Поэтому утилитарную посуду из каменной массы часто могли не глазуровать, но большинство сосудов при обжиге все же покрывали бесцветной соляной глазурыо. Каменная керамика приобрела прочность, что позволило экспортировать ее далеко от места производства: в Европу, в Россию, в даже в Северную Америку.

Когда каменная керамика попала в Англию, керамист Джозайя Веджвуд на ее основе изобрел более качественные фаянсовые массы - базальтовый черепок, кремовую массу и «яшмовую массу», из которой изготавливались знаменитые синие вазы с белым рельефом в стиле классицизма.

В XVI в. в Европу везли китайский фарфор, где он стал самой желанной драгоценностью, фарфоровые изделия были в каждом дворце Европы и России. Дорогостоящие фарфоровые изделия выставлялись напоказ и позволяли продемонстрировать высокий статус, достаток и хороший вкус владельца. Даже разбитые изделия не выбрасывали, фарфоровые черепки оправляли в драгоценные металлы и носили как бусы на золотой цепочке. В XVII в. появилась мода па декоративную роспись китайского фарфора: основными мотивами росписи были разнообразные цветы (пионы, хризантемы, лотос), ветки сосен, птицы и звери, драконы.

Европейцы очень хотели раскрыть секрет изготовления фарфора. Считается, что в результате именно этих экспериментов появились фаянс, каменные изделия и разновидности мягкого фарфора. Сначала это были попытки итальянских мастеров, и во Флоренции в 1575 г. был получен «фарфор Медичи». По своим свойствам он находился между твердым и мягким фарфором, имел желтоватый цвет, был прозрачным благодаря белой глине из Виченцы и покрывался белой майоличной глазурыо. Для росписи использовали оксид кобальта (синий цвет), иногда оксид марганца (синевато-лиловый цвет). Декорировали изделия стилизованными цветками, ветками, птицами. Выпускали такой фарфор до первой четверти XVII в. включительно.

Затем французские керамисты в конце XVII в. проводили успешные опыты но изготовлению фарфора (мануфактуры в Руане, Сен-Клу, Менне- си, Шантийи, Венсене, изготавливающие изделия из мягкого фарфора). С 1673 по 1696 г. Руанская мануфактура выпускала хрупкий прозрачный мягкий фарфор молочного оттенка. Для росписи использовали синюю, красную и зеленую подглазурную краски.

На фабрике Сен-Клу с 1670 по 1766 г. создавали мягкий фарфор, изделия из которого имели простые формы, толстый черепок кремового цвета и были покрыты блестящей прозрачной плотной глазурью, закрывающей рельеф. Для декора использовали узор из отформованных или наложенных цветов и листьев, рельефный цветочный декор и рельефное золочение.

Для росписи применяли синюю, бирюзовую, желтую и зеленую надглазур- ную краску. Изделия часто оправляли в серебро.

В XVIII в. в Британии открылось много фабрик по производству мягкого фарфора: Челси, Боу, Дерби, Вустер, Споуд, Коулпорт, Минтон. Каждую из них отличал собственные почерк и стиль. На фабрике Челси с 1750 по 1784 г. выпускали декоративные, непрактичные изделия из мягкого фарфора. На производстве в Боу в 1748 г. впервые стали добавлять костную золу в массу и получили отличающийся белизной костяной фарфор; на фабрике в Дерби с 1750 г. выпускали статуэтки, соревнуясь с Челси, а с 1764 по 1769 г. в производстве фарфора стали применять мыльный камень.

Разновидности мягкого фарфора XVI-XVII вв. имели сложный состав, желтый цвет черепка, сильно деформировались при обжиге, но некоторые виды мягкого фарфора после улучшения состава и технологии продолжают выпускать до сих пор, как, например, костяной фарфор.

Наличие большой пористости, хрупкость, сильная деформация при обжиге изделий из мягкого фарфора заставляли европейцев искать рецепт твердого фарфора. В Саксонии у курфюрста Августа в 1709 (1710) г. алхимик Иоганн Фридрих Беттгер с помощью ученого Эренфрида Вальтера фон Чирнгауса получил образцы твердого фарфора. Они подобрали сырьевые материалы для фарфора и глазурей, подняли температуру обжига до 1300°С и разработали технологию высокотемпературного обжига.

В 1710 г. открывается Майсенская мануфактура, на которой начинают выпускаться сосуды, по форме похожие на дельфтский фаянс, сосуды с двойными стенками, украшенные резьбой с внешней стороны, выпускались столовые приборы и различные скульптуры (одной из первых скульптур была фигура Августа Сильного).

Нравы европейцев в XVIII в. стали свободнее, и несмотря на усилия правителя Саксонии Фредерика Августа I удержать в тайне технологию твердого фарфора майсенские мастера уходили в другие страны вместе с секретами производства. Фарфор быстро распространился в европейских городах и вытеснил производство фаянса.

Во Франции на Севрской мануфактуре в 1750 г. выпускали мягкий севрский фарфор, а с 1756 г. стали выпускать твердый фарфор. На фабрике сложился изысканно-утонченный стиль севрского фарфора, особенно характерны изделия с расписной позолоченной пластикой и скульптуры из белого неглазурованного фарфора (бисквита).

Российская керамика после упадка, вызванного татаро-монгольским игом, вновь возрождается в XIV-XV вв. Главным центром становится Гончарная слобода в Москве, где к XVII в. выпускается большой ассортимент посуды, игрушек, светильников и т.д.

В XVI в. в России возникает ценинное ремесло (изготовление глиняных предметов с покрытием изделий белой эмалью). Большинство ценинных изделий - изразцы, изготовленные на глиняной основе, применявшиеся для украшения храмов и домашней обетановки. При описании царских и боярских покоев в XVI в. непременно встречаются упоминания о ценинных печах, покрытых белыми с синим рисунком изразцами.

В начале XVIII в. гжельские мастера изготавливали простую белую посуду и обливную посуду с разноцветной глазурыо и художественной росписью - русскую майолику. Изделия были очень разнообразными: скульптура, посуда и даже сервизы. Однако богатые люди хотели иметь фарфоровые изделия.

В России по указанию Петра I с 1718 г. велись попытки открыть фарфор. В 1724 г. в Москве Афанасий Кириллович Гребенщиков открыл первый це- нинный (майоликовый) завод и поставлял свои изделия к императорскому двору. Сначала выпускались курительные трубки по голландским образцам, затем изразцы - сначала рельефные, затем гладкие с росписью, и с конца 1730-х гг. - ценинная (крытая эмалью) посуда. Па заводе стали выпускать высококачественную майоликовую посуду с росписью синим и трехцветным орнаментом по сырой светло-голубой эмали. В 1746 г. (раньше чем Д. В. Виноградов) сын А. К. Гребенщикова Иван Афанасьевич самостоятельно открыл секрет производства фарфора, но разрешения на его производство не получил и опыты по созданию фарфора на заводе Гребенщикова были прекращены.

По официальной версии фарфор в России появился при Елизавете Петровне в 1746 г., но разработал этот рецепт русский мастер, учившийся за границей (берг-мейстер) Дмитрий Иванович Виноградов. С 1744 г. он проводил эксперименты на первой порцелиновой (фарфоровой) Императорской мануфактуре под руководством Гунтера и разработал технологию производства фарфора на основе нескольких сортов гжельской глины. Первые фарфоровые изделия, созданные в России после открытия секрета русско- 10 фарфора, отличались самобытностью, самостоятельностью, особенно в отношении форм. На мануфактуре выпускали подсвечники, курительные трубки,скульптурки,сервизы.

В 1765 г. порцелиновая мануфактура была преобразована в Императорский фарфоровый завод, где продолжали создавать декоративные вазы, бюсты, рельефы, серию (около ста) фигур из фарфора, изображающих народы России.

В 1766 г. Франц Яковлевич Гарднер основывает частное предприятие по производству фарфора под Москвой, в селе Вербилки Дмитровского уезда (отсюда название «дмитровский фарфор»). Именно ему в 1778 г. Екатерина 11 поручила изготовление «орденского» «Георгиевского сервиза». Сначала на заводе повторяли саксонские тарелки и скульптуры и даже ставили мейсенскую марку в виде двух скрещенных мечей и продавали купцам, мещанам и зажиточным крестьянам. В начале XIX в. на заводе Гарднера выпускали ярко расписанные фигурки - «русские типы». В 1892 г. наследники Гарднера продали завод М. С. Кузнецову.

В начале XIX в. в России появились десятки небольших частных заводов. В 1812 г. в Петербурге открылся завод купца Сергея Батенина, выпускавший до 1839 г. большие золоченые вазы в стиле русского ампира с росписью, в клеймах пышными букетами роз. Похожие изделия выпускали на заводах Попова, Тереховых и Киселева в районе Гжели из вызолоченного фарфора и называли «бронзовый товар».

В 1832 г. Терентий Яковлевич Кузнецов основал в подмосковном Лики- но-Дулёво керамический завод. Его внук Матвей Сидорович Кузнецов к 1889 г. сосредоточил в своих руках все наиболее крупные заводы и организовал «Товарищество М. С. Кузнецова». Кузнецов оставил прежние фабричные марки и пытался сохранить привычный облик изделий, но ручную роспись заменили деколью и стали сочетать разные стили, манеры, приемы и элементы декора. К концу XIX в. («кузнецовский фарфор») формы стали эклектичными, перегруженными полихромной росписью с грубыми цветовыми сочетаниямий. Отсюда презрительное название «кузнецовщина» как синоним «купеческого вкуса» и эклектизма в русском прикладном искусстве конца XIX в.

С 1870 г. в Конаково Тверской губернии, на заводе, также приобретенном М. С. Кузнецовым, стали производить изделия из фарфора с типично «кузнецовской» росписью.

В конце XIX - начале XX в. керамическое производство пошло по двум основным направлениям: развитие утилитарно-бытовых вещей (это направление находилось в данный период в упадке) и выход из исторических рамок (второе новое направление создавало станковые картины в фаянсе, декоративные панно и скульптуры в майолике). Этот конфликт массового производства и искусства в конце концов привел к созданию дизайна, отвечающего за создание не только изделия, стиля, но и среды жизни. На первый план вышел дизайн керамических изделий, в котором должны отражаться и народные традиции, и новые тенденции в быту и архитектуре. Керамические изделия используются в архитектуре как строительный, облицовочный и декоративный материал, в быту (посуда, вазы), как художественная пластика, сувенирная продукция.

Керамическое производство - большие заводы, небольшие мастерские и индивидуальные художпики-керамисты - получили в свое распоряжение большое количество разнообразных масс для производства керамических материалов широкого ассортимента, а также эффективное оборудование (прежде всего печи для обжига) и отработанную десятилетиями XX в. высокопроизводительную технологию.

На сегодня для производства художественных керамических изделий используют следующие виды керамики: майолику, гончарные изделия, терракоту, каменные изделия, фаянс и фарфор. Для изготовления керамических изделий можно выделить основные способы формования: шликерное литье, пластический способ, полусухой способ, сухой способ.

Шликерное литье и пластическое формование па станках позволяет сильно удешевить производство, копировать и тиражировать керамические изделия в любом количестве.

Рассмотрим в следующей главе классификацию видов керамики.

Вопросы и задания для самоконтроля

• 1. Когда появились первые керамические изделия?
• 2. Какой сырьевой материал применялся для получения керамических изделий?
• 3. Как декорировали первые керамические изделия?
• 4. Назовите стили росписи древнегреческой керамики.
• 5. Какие технологии применялись для изготовления керамических изделий в Киевской Руси VIII-XII вв.?
• 6. В каких странах Европы стали изготавливать фарфор?
• 7. Когда появился фарфор в России?
• 8. Перечислите основные керамические производства в XIX в. в России.
• 9. Какие современные керамические заводы в России известны?

• Иманов Г. М., Косов В. С., Смирнов Г. В. Производство художественной керамики: учебник.М. : Высшая школа, 1985 ; Акунова Л. Ф., Приблуда С. 3. Материаловедение и технологияпроизводства художественных керамических изделий. М.: Высшая школа, 1991 ; Бойко 10. А.,Лившиц В. Б. Материалы для художественных изделий (Керамика и покрытия. Металлыи сплавы). М. : ОнтоПринт, 2015 ; Волкова Ф. Н. Общая технология керамических изделий.М.: Стройиздат, 1989 ; Французова И. Г. Общая технология производства фарфоровых и фаянсовых изделий. М.: Высшая школа, 1991.

Керамическими называют искусственные каменные материалы и изделия, полученные в процессе технологической обработки минерального сырья и последующего обжига при высоких температурах.

Название "керамика" происходит от греческого слова "keramos" - глина.

Поэтому под технологией керамики всегда подразумевали производство материалов и изделий из глинистого сырья и смесей его с органическими и минеральными добавками.

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, в технологии керамики называют керамическим черепком .

Глины всегда в истории человечества были и являются одним из основных видов строительных материалов.

Вначале - 8000 лет до н.э. - глины применялись в необожженном виде для глинобитного строительства и изготовления саманного и сырцового кирпича. 3500 лет до н.э. отмечается начало применения керамического кирпича, а 1000 лет до н.э. - глазурованного кирпича и черепицы.

С середины первого тысячелетия в Китае начинается производство изделий из фарфора.

В России первый кирпичный завод был построен в Москве в 1475 г., а в 1744 году в Петербурге начал работать первый фарфоровый завод. В конце XVIII - середине XIX в. бурное развитие металлургической, химической и электротехнической промышленности привело к развитию производства огнеупорной, кислотоупорной, электроизоляционной керамики и плиток для полов

С начала текущего столетия получило развитие производство эффективного кирпича и пустотелых камней для возведения стен и перекрытий, а также керамических плиток для внутренней и наружной отделки и санитарно-технических изделий.

В последнее время получило распространение производство специальной керамики с уникальными свойствами для нужд ядерной энергетики, машиностроения, электронной, ракетной и других отраслей промышленности.

Большой практический интерес имеют керметы, состоящие из металлической и керамической частей.

В понятие керамические материалы и изделия входит широкий круг материалов с различными свойствами.

Их классифицируют по ряду признаков :
- по назначению керамические изделия подразделяют на следующие виды: стеновые, отделочные, кровельные, для полов, для перекрытий, дорожные, санитарно-технические, кислотоупорные, теплоизоляционные, огнеупорные и заполнители для бетонов;

По структуре различают керамические изделия с пористым и спекшимся (плотным) черепком. Пористыми считают изделия с водопоглощением по массе более 5%. К ним относятся изделия как грубой (керамические стеновые кирпич и камень, изделия для кровли и перекрытий, дренажные трубы), так и тонкой (облицовочные плитки, фаянсовые) керамики. К плотным относят изделия с водопоглощением по массе менее 5%. К ним принадлежат также изделия и грубой (клинкерный кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты), и тонкой (фаянс, полуфарфор, фарфор) керамики;

По температуре плавления керамические материалы и изделия подразделяются на легкоплавкие (с температурой плавления ниже 1350 °С), тугоплавкие (с температурой плавления 1350 °С-1580 °С), огнеупорные (1580 °С-2000 °С), высшей огнеупорности (более 2000 °С).

Возможность получения любых заданных свойств, широкая номенклатура, большие запасы повсеместно распространенного сырья, сравнительная простота технологии, высокая долговечность и экологическая безвредность керамических материалов обеспечивают им одно их первых мест по значимости и объемам производства среди других строительных материалов.

Так выпуск керамического кирпича составляет около половины объема всех стеновых материалов.

2. Сырье для производства керамических материалов

Основным сырьевым материалом для производства строительных керамических изделий является глинистое сырье, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками - отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.

Глинистое сырье

Глинистое сырье (глины и каолины) - продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород, содержащий примеси других горных пород.

Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.

Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определенное содержание пылевидных частиц с размерами зерен 0,005-0,16 мм и песчаных частиц с размерами зерен 0,16-2 мм.

Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, дает легко формуемую пластичную массу.

При сушке глиняное тесто теряет воду и уменьшается по объему. Этот процесс называется воздушной усадкой.

Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умеренно-пластичные, малопластичные и непластичные

Высокопластичные глины имеют в своем составе до 80-90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28% и воздушную усадку 10-15%. Средне- и умеренно-пластичные глины имеют в своем составе 30-60% глинистых частиц, число пластичности 15-25, водопотребность 20-28% и воздушную усадку 7-10%.

Малопластичные глины имеют в своем составе от 5% до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7-15 и воздушную усадку 5-7%.

Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.

Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют "жирными", отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют "отощающие" добавки.

Глины с содержанием глинистых частиц менее 10-15%*- "тощие" глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.

Различное сочетание химического, минералогического и гранулометрического состава компонентов обуславливает различные свойства глинистого сырья и пригодность его для получения керамических изделий тех или иных свойств и назначения.

Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом.

Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.).

Глинистые частицы в большинстве своем состоят из вторичных минералов: каолинита, монтмориллонита, гидрослюдистых и их смесей в различных сочетаниях.

Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.

Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, при формовке склонны к свилеобразованию, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривления изделий и растрескивания.

Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами.

Образцы с преобладанием в глинистой части гидрослюдистых минералов характеризуются промежуточными показателями пластичности, усадки и чувствительности к сушке.

Химический состав глин выражается содержанием и соотношением различных оксидов.

Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка придает светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления "дутикон" и трещин в керамических изделиях

Оксиды щелочных металлом являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его прочности. Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.

Для изготовления отдельных видов огнеупорных теплоизоляционных изделий применяют глинистое сырье из трепелов и диатомитов, состоящие в основном из аморфного кремнезема, а для производства легких заполнителей используют перлит, пемзу, вермикулит.

В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьем для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.

Добавки к глинам

Отощающие добавки . Их вводят в пластичные глины дни уменьшения усадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся: дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.

Порообразующие добавки . Их вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся: древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.

Плавни . Их вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. К ним относятся: полевые пшаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.

Пластифицирующие добавки. Их вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.

Специальные добавки. Для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом. Для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.).

Глазури и ангобы

Некоторые виды керамических изделий для повышения санитарно-гигиенических свойств, водонепроницаемости, улучшения внешнего вида покрывают декоративным слоем - глазурью или ангобом.

Глазурь - стекловидное покрытие толщиной 0,1-0,2 мм, нанесенное на изделие и закрепленное обжигом. Глазури могут быть прозрачными и глухими (непрозрачными) различного цвета.

Для изготовления глазури используют: кварцевый песок, каолин, полевой шпат, соли щелочных и щелочноземельных металлов. Сырьевые смеси размалывают в порошок и наносят на поверхность изделий в виде порошка или суспензии перед обжигом.

Ангобом называется нанесенный на изделие тонкий слой беложгущейся или цветной глины, образующей цветное покрытие с матовой поверхностью. По свойствам ангоб должен быть близок к основному черепку.

3. Схема производства керамических изделий

При всем многообразии керамических изделий по свойствам, формам, назначению, виду сырья и технологии изготовления основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добыча сырьевых материалов, подготовка массы, формование изделий, их сушка и обжиг.

Добыча глины осуществляется на карьерах обычно открытым способом экскаваторами и транспортируется на предприятие керамических изделий рельсовым, автомобильным или другим видом транспорта.

Разработке карьера предшествуют подготовительные работы: геологическая разведка с установлением характера залегания, полезной толщи и запасов глин; счистка поверхности от растений за год-два до начала разработки, удаление пород, непригодных для производства.

Подготовка глин и формование изделий

Карьерная глина в естественном состоянии обычно непригодна для получения керамических изделий. Поэтому проводится ее обработка с целью подготовки массы.

Подготовку глин целесообразно вести сочетанием естественной и механической обработки.

Естественная обработка подразумевает собой вылеживание предварительно добытой глины в течение 1-2 лет при периодическом увлажнении атмосферными осадками или искусственном замачивании и периодическом замораживании и оттаивании.

Механическая обработка глин производится с целью дальнейшего разрушения их природной структуры, удаления или измельчения крупных включений, удаления вредных примесей, измельчения глин и добавок и перемешивания всех компонентов до получения однородной и удобоформуемой массы с использованием специализированных машин (глинорыхлителей; камневыделительных, дырчатых, дезинтеграторных, грубого и тонкого помола вальцов; бегунов, глинорастирочных машин, корзинчатых дезинтеграторов, роторных и шаровых мельниц, одно- и двухвальных глиномешалок, пропеллерных мешалок и др.).

В зависимости от вида изготовляемой продукции, вида и свойств сырья массу приготовляют пластическим, жестким, полусухим, сухим и шликерным способами. Способ приготовления массы определяет и способ формования и название в целом способа производства

При пластическом способе подготовки массы и формования исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%.

Этот способ производства керамических строительных материалов является наиболее простым, наименее металлоемким и потому наиболее распространенным.

Он применяется в случаях использования среднепластичных и умеренно-пластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.

Технологическая схема производства керамического кирпича:

1 - карьер глины; 2 - экскаватор; 3 - глинозапасник; 4 - вагонетка; 5 - ящичный подаватель; 6 - добавки; 7 - бегуны; 8 - вальцы; 9 -ленточный пресс; 10 - резак; 11 - укладчик; 12 - тележка; 13 - сушильные камеры; 14 - туннельная печь; 15 - самоходная тележка; 16 - склад

Набор и разновидности машин для подготовки массы могут отличаться от приведенных на рис.1 в зависимости от свойств сырья и добавок.

Однако формование при пластическом способе всегда производится на машине одного принципа действия - ленточном шнековом прессе с вакуумированием и подогревом или без них.

Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить ее формовочные свойства, увеличить прочность обоженного изделия до 2-х раз.

В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывного бруса или ленты, или трубы под давлением 1,6-7 МПа.

Ленточный вакуумный пресс:

1 - шнековый вал; 2 - прессовая головка; 3 - мундштук; 4 - глиняный брус; 5 - крыльчатка; 6 - вакуум-камера; 7 - решетка; 8 - глиномялка

Производительность современных ленточных прессов по производству кирпича достигает 10000 штук в час.

Жесткий способ формования является разновидностью современного развития пластического способа.

Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. Вакуум-пресс итальянской фирмы "Бонджени", например, создает давление прессования до 20 МПа.

В связи с тем, что "жесткое" формование осуществляется при относительно высоких 10-20 МПа давлениях, могут быть использованы менее пластичные и с естественной низкой влажностью глины.

При этом способе требуются меньшие энергетические затраты на сушку, а получение изделия сырца с повышенной прочностью позволяет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе.

Формование при пластическом и жестком способах завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резательных устройствах.

Эти способы формования наиболее распространены при выпуске: сплошных и пустотелых кирпичей, камней, блоков и панелей; черепицы и т.п.

Полусухой способ производства строительных керамических изделий распространен меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты с влажностью 8-12% при давлениях 15-40 МПа.

Недостаток способа в том, что его металлоемкость почти в 3 раза выше, чем пластического.

Но вместе с тем он имеет и преимущества.

Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и более точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства - золы, шлаков и др.

Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1-3 мм.

Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах. По этому способу делаются все виды изделий, которые изготовляются и пластическим способом.

Сухой способ является разновидностью современного развития полусухого производства керамических изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2-6%.

При этом устраняется полностью необходимость операции сушки. Таким способом изготовляют плотные керамические изделия-плитки для полов, дорожный кирпич, материалы из фаянса и фарфора.

Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления керамических изделий сложной формы методом литья.

Отливка изделий производится из массы с содержанием воды до 40%. Этим способом изготовляются санитарно-технические изделия, облицовочные плитки.

Сушка изделий

Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5-6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге.

Прежде сырец сушили преимущественно в естественных условиях в сушильных сараях в течение 2-3 недель в зависимости от климатических условий.

В настоящее время сушка производится преимущественно искусственная в туннельных непрерывного действия или камерных периодического действия сушилах в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца

Сушка производится при начальной температуре теплоносителя - отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха -120-150 °С.

Обжиг изделий

Обжиг - важнейший и завершающий процесс в производстве керамических изделий. Этот процесс можно разделить на три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение.

При нагреве сырца до 120 °С удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются.

В температурном интервале от 450 °С до 600 °С происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние.

При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.

При 800 °С начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твердой фазе на границах поверхностей частиц компонентов.

В процессе нагрева до 1000 °С возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита, а при нагреве до 1200 °С и муллита.

Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает не расплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом.

Эта усадка называется огневой усадкой.

В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Свойство глин уплотняться при обжиге и образовывать камнеподобный черепок называется спекаемостью глин .

В зависимости от назначения обжиг изделий ведется до различной степени спекания. Спекшимся считается черепок с водопоглощением менее 5%. Большинство строительных изделий обжигается до получения черепка с неполным спеканием в определенном температурном интервале от температуры огнеупорности до начала спекания, называемым интервалом спекания.

Интервал спекания для легкоплавких глин составляет 50-100 °С, а огнеупорных до 400 °С. Чем шире интервал спекания, тем меньше опасность деформаций и растрескивания изделий при обжиге.

Интервал температур обжига лежит в пределах: от 900 °С до 1100 °С для кирпича, камня, керамзита; от 1100 °С до 1300 °С для клинкерного кирпича, плиток для полов, гончарных изделий, фаянса; от 1300 °С до 1450 °С для фарфоровых изделий; от 1300 °С до 1800 °С для огнеупорной керамики.

4. Структура и свойства керамических изделий

Керамические материалы представляют собой композиционные материалы, в которых матрица или непрерывная фаза представлена остывшим расплавом, а дисперсная фаза представлена нерасплавленными частицами глинистых, пылевидных и песчаных фракций, а также порами и пустотами, заполненными воздухом.

Материал матрицы в свою очередь представляет собой микрокомпозиционный материал, состоящий из матрицы - непрерывной стекловидной фазы застывшего расплава и дисперсной фазы - кристаллических зерен силлиманита, муллита, кремнезема различных фракций и других веществ, кристаллизующихся при остывании (в основном алюмосиликатов).

Стекловидная, аморфная фаза (переохлажденная жидкость) представлена в микроструктуре легкоплавкими компонентами, которые не успели выкристаллизоваться при заданной скорости остывания расплава.

Истинная плотность керамических материалов 2,5 - 2,7 г/см; плотность 2000 - 2300 кг/м; теплопроводность абсолютно плотного черепка 1,16 В/(м °С). Теплоемкость керамических материалов 0,75 - 0,92 кДж/(кг °С).

Предел прочности при сжатии керамических изделий меняется в пределах от 0,05 до 1000 МПа.

Водопоглощение керамических материалов в зависимости от пористости меняется в пределах от 0 до 70%.

Керамические материалы имеют марки по морозостойкости: 15; 25; 35; 50; 75 и 100.

5. Стеновые изделия

К группе стеновых изделий относятся: кирпич керамический обыкновенный, эффективные керамические материалы (кирпич пустотелый, пористо-пустотелый, легкий, пустотелые камни, блоки и плиты), а также крупноразмерные блоки и панели из кирпича и керамических камней.

Керамические кирпичи и камни

Керамические кирпичи и камни изготовляют из легкоплавких глин с добавками или без них и применяются для кладки наружных и внутренних стен и других элементов зданий и сооружений, а также для изготовления стеновых панелей и блоков.

В зависимости от размеров кирпич и камни подразделяются на виды :
- обыкновенный;
- утолщенный;
- модульный;
- камень обыкновенный;
- укрупненный;
- модульный;
- с горизонтальным расположением пустот.

Типы керамического кирпича и камня

Кирпич: а) обыкновенный; б) утолщенный; в) модульный. Камень: г) обыкновенный; д) укрупненный; е) модульный; ж), з) с горизонтальным расположением пустот

Кирпич может быть полнотелым и пустотелым, а камни только пустотелыми. Утолщенный и модульный кирпич должен быть также только с круглыми или щелевыми пустотами, чтобы масса одного кирпича не превышала 4 кг.

Поверхность граней может быть гладкой и рифленой.

Кирпич и камень должен быть нормально обожжен, так как недожог (алый цвет) обладает недостаточной прочностью, малой водостойкостью и морозостойкостью, а пережженный кирпич (железняк) отличается повышенной плотностью, теплопроводностью и, как правило, имеет искаженную форму.

Допускается изготовление кирпича и камней с закругленными углами с радиусом закругления до 15 мм. Размер цилиндрических сквозных пустот по наименьшему диаметру должен быть не менее 16 мм, ширина щелевых пустот не более 12 мм. Диаметр несквозных пустот не ограничивается.

Толщина наружных стенок кирпича и камней должна быть не менее 12 мм. По внешнему виду кирпич и камень должны удовлетворять определенным требованиям.

Это устанавливается путем осмотра и обмера определенного количества кирпича от каждой партии (0,5%, но не менее 100 шт.) по отклонениям от установленных размеров, непрямолинейности ребер и граней, отбитости углов и ребер, наличию сквозных трещин, проходящих по постели кирпича.

Общее количество изделий с отклонениями, выше допустимых, должно быть не более 5%.

Марка кирпича в зависимости от пределов прочности при сжатии и изгибе

Морозостойкость кирпича и камней 15, 25, 35 и 50. Водопоглощение для полнотелого кирпича должно быть для марок до 150 не менее 8%, а для полнотелого кирпича более высоких марок и пустотелых изделий не менее 6%.

По плотности в сухом состоянии кирпич и камни подразделяются на 3 группы :
- обыкновенные - с плотностью более 1600 кг/м;
- условно-эффективные - с плотностью более 1400-1600 кг/м;
- эффективные - с плотностью не более 1400-1450 кг/м.

К эффективным стеновым материалам относятся также пористые сплошные и пустотелые кирпич и камни, изготовляемые из диатомитов и трепелов и имеющие плотность: класс А - 700-1000 кг/м, класс Б - 1001-1300 кг/м, класс В > 1301 кг/м.

Применение эффективных стеновых керамических материалов позволяет уменьшить толщину наружных стен, снизить материалоемкость ограждающих конструкций до 40%, сократить транспортные расходы и нагрузки на основание.

В различных странах выпускаются отличающиеся между собой стеновые материалы как по номенклатуре, так и по типоразмерам и маркам. Так, марка кирпича, выпускаемого за рубежом, составляет 125-600, причем основная масса кирпича производится с маркой 400

В Германии, например, стандарт "Стеновой кирпич" предусматривает производство: обыкновенных полнотелых и пустотелых кирпичей и камней 14-ти типов с размерами 240x115x52-490x300x238 марок от М40 до М280 и плотностью 1200-2200 кг/м(3); легких пустотелых кирпичей и камней 13-ти типоразмеров марок от М20 до М280 и плотностью 600-1000 кг/м(3); высокопрочных кирпичей и камней марок М360, М480 и М600: для внутренних стен и перегородок - пустотелых кирпичей, камней и плит с размерами 330x175x40-945x320x115.

В зарубежной практике известно производство кирпича пазогребневой конструкции для безрастворной кладки, крупноразмерных керамических стеновых элементов, звукоизоляционного кирпича и других стеновых изделий.

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней

Панели и блоки стеновые из кирпича и керамических камней изготовляют для повышения индустриальности строительства.

Их изготовляют обычно в горизонтальном положении в металлической форме с матрицей, имеющей ячейки для фиксации положения каждого кирпича и камня и обеспечивающей расшивку швов с лицевой стороны изделия или с матрицей со специальным рисунком отделочного слоя.

Они изготовляются трех-, двух-, и однослойные длиной на один или два планировочных шага и высотой на 1 и 2 этажа, толщина панелей для внутренних стен и перегородок 80, 140, 180 и 280 мм.

Однослойные панели изготавливаются из керамических камней. Двухслойная панель состоит из одного слоя в 1/2 кирпича и слоя утеплителя толщиной до 100 мм.

Трехслойная панель состоит из двух кирпичных наружных слоев, каждый толщиной 65 мм, и слоя утеплителя толщиной 100 мм между ними. Для обеспечения прочности панели при транспортировании и монтаже их армируют стальными каркасами из проволоки по периметру панели и проемов.

6. Облицовочные изделия

Керамические облицовочные изделия применяются для наружной и внутренней облицовки конструкции зданий и сооружений не только с целью декоративно-художественной отделки, но и повышения их долговечности.

Керамические изделия для внешней облицовки зданий

Керамические изделия для внешней облицовки зданий подразделяют на кирпич и камни лицевые, крупноразмерные плиты, плитки керамические фасадные и ковры из них.

Кирпич и камни лицевые являются не только облицовочными изделиями. Они укладываются вместе с кладкой стены и одновременно служат конструктивным несущим элементом вместе с обычным кирпичом.

Лицевые кирпичи и камни выпускаются тех же размеров и форм, что и обычные, и отличаются от последних более высокой их плотностью и однородностью цвета. Производятся по прочности марок 75, 100, 125 и 150, а по морозостойкости не менее 25

Регулируя состав сырья и режим обжига получают от белого, кремового до светло-красного и коричневого цветов.

При отсутствии высококачественного сырья изготавливаются с лицевой поверхностью офактуренной: ангобированием, двухслойным формованием, глазурованием и торкретированием цветной минеральной крошкой.

Двухслойные изделия изготовляют формованием из двух масс: основной части - местных красножгущихся глин и лицевого слоя толщиной 3-5 мм из светложгущихся окрашенных или неокрашенных глин.

Применяется и рельефное офактуривание, которое производится путем обработки еще влажных сырцовых изделий специальными металлическими ершами, гребенками, рифлеными валиками. Для зданий, возводимых из кирпича, лицевые кирпичи являются наиболее экономичным видом облицовки зданий.

Крупноразмерные облицовочные керамические плиты типа "плинк" универсального назначения выпускаются глазурованные и неглазурованные с гладкой, шероховатой или рифленой, одно-или многоцветной поверхностью.

Плиты имеют водопоглощение менее 1% и морозостойкость 50 циклов и более. Изготовляются квадратной или прямоугольной формы длиной 490, 990, 1190 мм, шириной 490 и 990 мм и толщиной 9-10 мм.

Применяются для облицовки фасадов и цоколей зданий, подземных переходов.

Плитки керамические фасадные и ковры из них выпускаются методом пластического и полусухого прессования.

Применяются для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, цоколей, подземных переходов и оформления других элементов зданий.

Плитки выпускаются глазурованные и неглазурованные, рядовые и специального назначения с гладкой и рельефной поверхностью 26-ти типов с размерами от 292x192x9 мм до 21x21x4 мм

Стандартом допускается выпуск плиток и других типоразмеров. Водопоглощение рядовых плиток 7-10%, а специальных - не более 5%.

Морозостойкость должна быть для рядовых плиток не менее 35 циклов, а специальных не менее 50 циклов.

Плитки могут поставляться в коврах. Заводы выпускают ковры с наклейкой плиткой их лицевой стороной на крафт-бумагу.

Керамические плитки для внутренней облицовки

Плитки керамические для внутренней облицовки подразделяются на две группы - для облицовки стен и для покрытия полов. Эти изделия не подвергаются в условиях эксплуатации действию отрицательных температур, поэтому требования морозостойкости к ним не предъявляются.

Плитки для облицовки стен применяются двух видов - майоликовые и фаянсовые . Фаянсовые плитки изготовляются из сырьевой смеси каолина, полевого шпата и кварцевого песка, а майоликовые из красножгущихся глин с последующим покрытием глазурью.

Плитки классифицируют : по характеру поверхности - на плоские рельефно-орнаментированные, фактурные; по виду глазурного покрытия - прозрачные и глухие, блестящие и матовые одноцветные и декорированные многоцветными рисунками.

По форме, назначению и характеру кромок плитки производятся следующих видов : квадратные, прямоугольные, фасонные угловые, фасонные карнизные прямые, для отделки внешних и внутренних углов; фасонные плинтусные - прямые, дли отделки внешних и внутренних углов.

Типы керамических плиток для внутренней отделки:

1-5 - квадратные; 6-10 - прямоугольные; 11, 12 - фасонные угловые; 13-16 - фасонные карнизные; 17-20 -фасонные плинтусные

Размеры плиток для внутренней отделки (150200)х(50200)х(58) мм.

Водопоглощение плиток для внутренней отделки до 16%, предел прочности при изгибе - 12 МПа.

Плитки должны выдерживать перепады температур от 125±5 °С до 15-20 °С без появления дефектов.

Плитки керамические для полов-метлахские (н азвание произошло от города Меttlach в Германии, где еще в средние века было налажено их производство) производятся из тугоплавких и огнеупорных глин с добавками и без них

Их применяют для настилки подов в зданиях, к чистоте которых предъявляются высокие требования, где возможны воздействия жиров и других химических реагентов, интенсивное движение, а также в случаях, когда материал для полов служит и декоративным элементом в архитектурном оформлении помещения.

При производстве плитки обжигаются до спекания, вследствие чего имеют водопоглощение не более 4% и высокую износостойкость.

Плитки могут быть квадратными, прямоугольными, четырех-, пяти-, шести- и восьмигранными.

Размеры плиток 16-ти типов (2004)х(17349)х(1013) мм.

По виду лицевой поверхности плитки выпускаются гладкими, с рельефом и тиснением: одноцветные и многоцветные, матовые и глазурованные, с рисунками и без них.

Выпускаются и крупноразмерные универсальные керамические плитки размерами (1200500)х500 мм, которые применяются для облицовки и стен и полов.

Типы керамических плиток для полов:

1 - квадратная; 2 - прямоугольная; 3 - треугольная; 4 - шестигранная; 5 - четырехгранная; 6 - пятигранная; 7 - шестигранная; 8, 9 - фигурные

Для устройства полов применяют и мозаичные плитки квадратной или прямоугольной формы размером 23 и 48 мм при толщине 6-8 мм, собранные в "ковры" на крафт-бумаге размером 398x598 мм.

Мировым лидером в производстве керамической плитки является Италия, которая производит их около 30% мирового производства.

7. Керамические изделия для кровли и перекрытий

Наибольшее применение керамические изделия для кровли и черепицы нашли в западноевропейских странах, в некоторых из них кровля до 100% жилых зданий решается за счет применения черепицы.

Черепица, имея долговечность до 300 лет, по этому показателю значительно превышает любые другие кровельные материалы, а по текстурным качествам и по стоимости не уступает им.

К недостаткам черепицы относятся необходимость большого уклона (не менее 30%) кровли и значительный вес кровли, что требует особой прочности конструкции стропил, и высокая трудоемкость кровельных работ.

Однако высокая долговечность, огнестойкость, устойчивость к атмосферным воздействиям и распространенность сырья делают керамическую черепицу одним из самых эффективных кровельных материалов.

Известна черепица разных типов. По назначению черепицу подразделяют на: рядовую, коньковую, разжелобочную, концевую для замыкания рядов и черепицу специального назначения. Черепица производится из легкоплавких глин.

Разновидности керамической черепицы:

а) пазовая штампованная; б) пазовая ленточная; в) плоская ленточная; г) коньковая; д) голландская; е) желобчатая; ж) татарская

Черепица при монтаже укладывается друг на друга ив связи с этим полезная площадь составляет соответственно у плоской - 50%, у штампованной и ленточной пазовой - 75-85%.

При испытании черепица должна выдерживать не менее 70 кг при расстоянии между опорами у плоской - 180 мм, у ленточной пазовой и штампованной - 300 мм. Вес штампованной и ленточной пазовой, уложенной в кровлю и насыщенной водой, должен быть не более 50 кг/м, а плоской - не более 65 кг/м.

Морозостойкость черепицы должна быть не менее 25 циклов.

Камни и плиты для перекрытий

Перекрытия из пустотелых камней и плит огнестойки, долговечны, обладают хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами.

Для их устройства требуется небольшой расход цемента и стали и не требуется дополнительная засыпка.

Камни керамические для перекрытий по назначению подразделяются для: сборных элементов настилов, часторебристых сборных или монолитных перекрытий, накатов (заполнение между балками). Пустотность керамических камней для перекрытий 50-75%.

Керамические камни для перекрытий:

а) несущие; б) ненесущие

8. Санитарно-технические керамические изделия и трубы

Изделия санитарные керамические - умывальники, унитазы, сливные бачки, биде, писсуары, раковины и другие аналогичные изделия производятся из фарфоровых, полуфарфоровых, фаянсовых и шамотированных масс, которые получают из одинаковых материалов.

Типовые составы масс для производства санитарно-технических изделий (% по массе)

Физико-механические свойства санитарно-технической керамики

Трубы керамические канализационные применяют для строительства безнапорных сетей канализации, транспортирующих промышленные, бытовые, дождевые, агрессивные и не агрессивные воды.

Трубы изготовляются из пластичных тугоплавких и огнеупорных глин, цилиндрической формы длиной 1000-1500 мм с внутренним диаметром 150-600 мм.

На одном конце имеется раструб для соединения отдельных звеньев трубопровода.

Водопоглощение труб должно быть не более 8%, а кислотостойкость не ниже 93%.

Трубы должны быть водонепроницаемыми и выдерживать внутреннее давление не менее 0,15 МПа.

Трубы керамические дренажные изготовляются из глины с добавками и без них и применяются в мелиоративном строительстве для устройства закрытого дренажа с защитой стыков фильтрующими материалами.

Трубы производятся с цилиндрической, шести- и восьмигранной поверхностью с внутренним диаметром 50-250 мм и длиной 333 мм.

Морозостойкость их не менее 15 циклов, а разрушающая внешняя нагрузка от 3,5 до 5,0 кН в зависимости от диаметра.

Внешняя поверхность труб покрывается глазурью. Вода в трубы поступает через круглые или щелевидные отверстия в стыках, а также через стыки труб.

9. Специальные керамические изделия

К специальным керамическим изделиям относятся кирпич для дымовых труб, клинкерный кирпич и кислотоупорные изделия.

Кирпич для дымовых труб применяется для кладки дымовых труб и обмуровки промышленных труб в случае, если температура нагрева их дымовыми газами не превышает 700 °С.

Кирпич изготовляется марок от 125 до 300.

Размеры кирпича: длина 120 и 250 мм, ширина 120 или 250 мм, толщина 65 или 88 мм.

Кирпич бывает прямоугольный или клинообразный.

Меньшую длину клинообразного кирпича принимают 70, 100, 200 и 225 мм. Водопоглощение кирпича должно быть не менее 6%, а морозостойкость 25, 35 и 50.

Клинкерный кирпич получают обжигом глин до полного спекания, но без остекловывания поверхности, поэтому он отличается от обычного высокими прочностью и морозостойкостью.

Размер кирпича 220x110x65 мм.

В соответствии с пределом прочности при сжатии его разделяют на 3 марки - 1000, 700 и 400, морозостойкость которых соответственно - 100-50 циклов, а водопоглощение - соответственно не более 2-6%.

Клинкерный кирпич называют и дорожным и применяется он для покрытия дорог и мостовых, обмуровки канализационных коллекторов и облицовки набережных.

Применяется он и в химической промышленности как кислотостойкий материал.

Кислотоупорный кирпич применяется для защиты аппаратов и строительных конструкций, работающих в условиях кислых агрессивных сред, и при футеровке дымовых труб, которые служат для отвода дымовых газов, содержащих агрессивные среды.

Кирпич изготовляется высшей и первой категории качества трех классов А, Б и В и четырех форм: прямой, клиновой (торцовый и ребровый), радиальный (поперечный и продольный) и фасонный (слезник).

Размеры кирпича 230x113x65 и 230x113x55 мм.

Свойства кирпича имеют следующие значения : кислотостойкость - (98,5-96)%; прочность при сжатии (60-35) МПа; термическая стойкость (5-25) теплосмен.

Кислотоупорные плитки применяются для футеровки оборудования и защиты строительных конструкций и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия агрессивных сред.

Плитки производятся высшего и первого сортов 6-ти марок : кислотоупорные фарфоровые - КФ, термокислотоупорные дунитовые - ТКД, термокислотоупорные для гидролизной промышленности - ТКГ, кислотоупорные для строительных конструкций - КС, кислотоупорные шамотные - КШ и термокислотоупорные шамотные - ТКШ.

По форме плитки бывают :
- квадратные плоские;
- квадратные радиальные;
- прямоугольные;
- клиновы;
- спаренные.

С одной стороны плитки имеют ребристую поверхность, обеспечивающую лучшее сцепление с футерируемой конструкцией.

Размеры плиток меняются в пределах: длина и ширина 50-200 мм, толщина 15-50 мм.

Значения свойств плиток в зависимости от сорта и марок колеблются в пределах: водопоглощение - (0,4-8)%; кислотостойкость - (97-99)%; предел прочности при сжатии - (10-150) МПа, а при изгибе - (10-40) МПа; термическая стойкость 2-10 теплосмен; морозостойкость-15-20 циклов.

Глина считается основой для гончарного дела. Смешанная с водой, она создает тестообразную массу, пригодную для последующей обработки. Сырье природного происхождения, имеет отличия в зависимости от мест образования. Один вид можно использовать в чистом виде, другие требуют просеивания и смешивания. В итоге получается глина для керамики – материал, вполне пригодный для изготовления разных изделий.

Структурно глина состоит из мелких кристаллов, формирующих глинообразующий силикатный минерал – каолинит. В состав глины для керамики входят вода, оксиды кремния и алюминия.

Красная глина

В природе такая глина для изготовления керамических изделий отличается зеленовато-коричневым оттенком, придаваемым оксидом железа, на долю которого приходится от пяти до восьми процентов от общего количества. В процессе термической обработки в зависимости от температурного режима или типа печи глина становится красного либо беловатого цвета. Материал легко разминается, выдерживает нагрев до 1 100 градусов. Сырье отличается большой эластичностью, отлично подходит для моделирования небольших скульптур или для работы с глиняными пластинами.

Белая керамика

Месторождения такого вида встречаются везде. При достаточной увлажненности глина светло-серая, процесс обжина придает ей белый оттенок или цвет слоновой кости. Основные качества материала – эластичность и просвечиваемость, так как в составе отсутствует оксид железа. Применяется для изготовления посуды, кафельной плитки, сантехники, глиняных поделок.

Разновидность сырья, содержащего повышенное количество белого глинозема – майолика. Обжин ее выполняется при низких температурах, после чего поверхность покрывается глазурью, содержащей олово. Керамика из майолики имеет второе название – фаянсовая, так как впервые использовать этот материал для изготовления посуды стали на заводе по производству фаянсовых изделий.

Глина из песчаника

Этот материал особенно подходит для работ на специальном станке по изготовлению гончарныхизделий. В составе имеются суглинок и кремнеземные примеси. Второе название сырья – «горшечная глина». После обжига при температуре, превышающей 1 000 градусов, глина становится более плотной и полностью непроницаемой. Применяют ее для производства посуды и декоративных поделок. Цветовые оттенки разнообразны – сероватый, бежевый, слоновая кость, коричневый.

Глина для производства фарфора

В состав этой глины входят каолин, полевой шпат и кварц. При достаточной увлажненности глина отличается светло-серым оттенком, обжиг при температурном режиме в 1 300 – 1 400 градусов делает ее белой. Сырье отличается эластичностью, работа с таким материалом подразумевает большие технические затраты, по этой причине рекомендуется пользоваться готовыми формами.

Огнеупорная глина

Такой вид глины отличается максимально ценными качествами. Такую породу получают при помощи обжига каолина (глины белой) под воздействием температуры не ниже 1 000 градусов. Термическая обработка придает материалу дополнительную термоустойчивость. Процесс обработки теплом выпаривает из глиняного материала жидкость и различные примеси. В специальной печи глиняной породе придаются свойства прочности камня, который потом измельчается, чтобы получить шамот. Сырье используется в производстве огнеупорного кирпича, для кладки печей и декоративных элементов.

Критерии выбора состава глины для работы

Выбирая керамическую глину, подходящую для работы, необходимо принимать во внимание большое количество факторов:

• какой способ работы вы будете использовать и что в конечном итоге желаете получить – скульптуру, декоративное украшение или функциональную вещь. Если планируется работа на гончарном круге или ручная лепка, следует останавливаться на гончарном виде;
• определите, какой оттенок вам необходим. Цвет материала зависит от его составных компонентов. Выбирая подходящий вариант, рекомендуется в обязательном порядке проверять пробники на температурный режим, при котором планируется обжиг, так как оттенок глины может после термической обработки измениться. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо заранее спланировать декорирование изделия;
• перед выбором вида глины для керамики следует определиться, какую температуру вы зададите во время обжига. Есть материалы, которые режим более 1 000 градусов не выдерживают и начинают расплавляться. Отсюда следует, что подбирать необходимо массу, которую можно обжигать в вашей печи.

До того, как вы найдете самый оптимальный вариант, придется перепробовать большое количество видов глин от различных производителей. Опытный мастер предпочитает работать с несколькими видами, предназначенными под разнообразные задачи. Некоторые опытные профессионалы создают подходящую глину своими руками либо усовершенствуют готовое сырье.

Этапы подготовки глины к работе

Чтобы глина стала пригодной для изготовления керамики, ей предстоит пройти несколько этапов подготовки.

Просеивание

Для этого глину необходимо разложить небольшими комочками на настиле из деревянного материала, просушить под солнечными лучами. В зимнее время материал отлично высушивается на морозе, если разложить его под навесом и исключить попадание снега. Подготовка глины в небольших количествах может выполняться в теплом помещении возле печки или батарей отопления. Особенность быстрого высыхания заключается в том, что глина должна быть разделена на небольшие кусочки.

Высохшее сырье пересыпается в деревянный ящик с толстыми стенами, разбивается трамбовкой. Получившуюся пыль просеивают через сито, удаляя камушки, щепки, травинки и крупные песчинки.

Для лепки порошок замешивается по принципу подготовки теста для хлеба, вода подливается небольшими порциями, масса тщательно вымешивается. Некоторую часть глиняного порошка сохраняют в сухом состоянии, если потребуется придать массе густоту, а времени для просушки или выпаривания уже нет. В этом случае порошок досыпается в глиняную массу, вымешивание выполняется повторно.

Отмучивание

На этом этапе глину очищают, она приобретает пластичность и жирность. Такой процедуре чаще всего подвергается низкопластичное глиняное сырье, содержащее большое количество песка. Для отмучивания потребуется высокая посуда, к примеру – ведро.

Часть глины заливается тремя долями воды, оставляется на ночь. Утром содержимое тщательно размешивается, чтобы получился однородный раствор, который оставляют до полного отстаивания. Когда сверху вода посветлеет, ее аккуратно сливают при помощи шланга.

Для подобной процедуры имеется более удобный способ, придуманный древними мастерами. Для этого используют деревянную кадку, в которой на определенном уровне устроены отверстия, предварительно закрытые пробками.

При отстаивании глиняного раствора в первую очередь дна достигают камушки и тяжелые крупники песка, находящиеся в его составе, потом начинает оседать глина. Осветленную воду постепенно сливают через отверстия, вынимая из них пробки поочередно, пока вся жидкость не стечет.

Для ускорения процесса оседания в глиняный раствор добавляют английскую соль (щепотку на ведро).

После того, как вода слита, жидкую глину вычерпывают, стараясь не задеть нижний слой осадка. Раствор переливается в таз или широкий ящик, выставляется на солнце, чтобы из него быстро испарилась влага. Когда глина начнет подсыхать, ее рекомендуется периодически перемешивать деревянной лопаткой. Материал, ставший напоминать густое тесто и не липнущий к рукам, накрывается полиэтиленом и хранится до применения.

Перебивание

Процедура применяется перед лепкой, чтобы удалить из глины воздушные пузырьки и улучшить однородность. Перебивание считается незаменимым, когда глина на начальных этапах плохо очистилась и содержит мелкие примеси.

Обработка начинается с процесса скатывания колобка, который потом с силой бросают на верстак. Заготовка немного сплющивается, обретает форму каравая. Гончарной струной его разрезают на две части, верхнюю половину срезом снова сильно бросают на стол, так же поступают со второй частью, не переворачивая ее. Склеившиеся половинки снова разрезаются, и процедура бросков выполняется повторно.

Резкой уничтожаются пустотные участки, выталкиваются воздушные пузырьки. От количества разрезов зависит состояние однородности сырья. При такой обработке можно воспользоваться плотницким стругом или большим ножом.

Далее глиняный ком уплотняется, прижимается к поверхности стола, с него срезаются тонкие пластины. Все посторонние примеси, попадающие под лезвие, отбрасываются в сторону. В такой процедуре от тонкости пластин зависит чистота материала и его однородность. Закончив строгание, пластины глины снова собираются в единый ком и уплотняются до монолитного состояния. Процесс пластования повторяется снова.

Перемин

Это заключительный процесс подготовки глины своими руками для изготовления керамики. Берется ком, раскатывается в валик, сгибается и обминается до первоначального состояния. Операции промина повторяются несколько раз в указанной последовательности. В случае, если материал сильной сухой, перед очередным перемином его обильно обдают водяными брызгами.

Особенности хранения

Качественное состояние материала определяется условиями его сохранности. Наиболее высокие требования предъявляют к качеству глины, которая предназначается для изготовления художественных керамических изделий.

Сырье, поступающее на склад, затаривается в мешки и укладывается на высокие поддоны, высота штабелей не должна превышать двух метров. Такие условия укладки необходимы для того, чтобы предотвратить загрязнение исходного сырья. Каждый вид глины и поступившие партии материала должны храниться раздельно, чтобы исключить их перемешивание.

Если нет возможности складировать глину в помещении, ее складывают не бетонных площадках.

При соблюдении всех требований, предъявляемых к хранению и подготовке глиняного сырья к работе, можно получить отличный материал для изготовления керамических изделий.

Керамические материалы получают из глиняных масс путем формования и последующего обжига. При этом часто имеет мес­то промежуточная технологическая операция - сушка свежесформованных изделий, называемых «сырцом».

По характеру строения черепка различают керамические ма­териалы пористые (неспекшиеся) и плотные (спекшиеся). По­ристые поглощают более 5% воды (по массе), в среднем их во-допоглощение составляет 8...20% по массе. Пористую структуру имеют кирпич, блоки, камни, черепица, дренажные трубы и др.; плотную-плитки для полов, канализационные трубы, санитар-но-технические изделия.

По назначению керамические материалы и изделия делят на следующие виды: стеновые - кирпич обыкновенный, кирпич и камни пустотелые и пористые, крупные блоки и панели из кирпи­ча и камней; для перекрытия - пустотелые камни, балки и па­нели из пустотелых камней; для наружной облицовки - кирпич и камни керамические лицевые, ковровая керамика, плитки кера­мические фасадные; для внутренней облицовки и оборудования зданий - плиты и плитки для стен и полов, санитарно-техниче-ские изделия; кровельные -черепица; трубы - дренажные и канализационные.

Сырьевые материалы

Сырьем для изготовления керамических материалов служат различные глинистые горные породы. Для улучшения технологи­ческих свойств глин, а также придания изделиям определенных и более высоких физико-механических свойств к глинам добав­ляют кварцевый песок, шамот (дробленая обожженная при тем­пературе 1ООО...14ОО°С огнеупорная или тугоплавкая глина), шлак, древесные опилки, угольную пыль.

Глиняные материалы образовались в результате выветрива­ния изверженных полевошпатовых горных пород. Процесс вывет­ривания горной породы заключается в механическом разрушении и химическом разложении. Механическое разрушение про­исходит в результате воздействия переменной температуры и воды. Химическое разложение происходит, например, при воздей­ствии на полевой шпат воды и углекислоты, в результате чего образуется минерал каолинит.

Глиной называют землистые минеральные массы или обло­мочные горные породы, способные с водой образовывать пластич­ное тесто, по высыхании сохраняющее приданную ему форму, а после обжига приобретающее твердость камня. Наиболее чистые глины состоят преимущественно из каолинита и называются каолинами. В состав глин входят различные оксиды (AI2O3, SiO 2 , Fe 2 O3, CaO, Na 2 O, MgO и K2O), свободная и химически связанная вода и органические примеси.

Большое влияние на свойства глины оказывают примеси. Так, при повышенном содержании SiO 2 , не связанного с А1 2 Оз, в гли­нистых минералах уменьшается связующая способность глин, повышается пористость обожженных изделий и снижается их прочность. Соединения железа, являясь сильными плавнями, понижают огнеупорность глины. Углекислый кальций уменьшает огнеупорность и интервал спекания, увеличивает усадку при обжиге и пористость, что уменьшает прочность и морозостой­кость. Оксиды Na2О и К2О понижают температуру спекания глины.

Глины характеризуются пластичностью, связностью и связую­щей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичностью глины называют ее свойство образовывать при затворении водой тесто, которое под действием внешних усилий способно принимать заданную форму без образования разрывов и трещин и сохранять эту форму при последующей сушке и обжиге.

Пластичность глины характеризуют числом пластичности

П = W т - W р,

где W т и W р - значения влажности, соответствующие пределу те­кучести и пределу раскатывания глиняного жгута, %.

По пластичности глины разделяют на высокопластичные (П>25), среднепластичные (П=15...25), умереннопластичные (П = 7... 15), малопластичные (П <7) и непластичные. Для производства керамических изделий обычно применяют умерен­нопластичные глины с числом пластичности П = 7... 15. Мало­пластичные глины плохо формуются, а высокопластичные рас­трескиваются при сушке и требуют отощения.

В производстве обжиговых материалов наряду с глинами используются диатомиты, трепелы, сланцы и др. Так, в произ­водстве легкого кирпича и изделий применяют диатомиты и трепелы, а для получения пористых заполнителей - вспучи­вающиеся глины, перлит, вермикулит.

На многих керамических заводах отсутствует сырье, пригодное в естественном виде для изготовления соответствующих изделий. Такое сырье требует введения добавок. Так, добавляя к пластичным глинам отощающие добавки до 6... 10% (песок, шлак, шамот и др.), можно уменьшить усадку глины при сушке и обжиге. Большое влияние на связующую способность глин и их усадку оказывают фракции меньше 0,001 мм.

Чем больше содержание глинистых частиц, тем выше плас­тичность. Пластичность можно повысить добавлением высоко­пластичных глин, а также введением поверхностно-активных веществ - сульфитно-дрожжевой бражки (СДБ) и др. Понизить пластичность можно добавлением непластичных материалов, на­зываемых отощителями, - кварцевого песка, шамота, шлака, древесных опилок, крошки угля.

Глины, содержащие повышенное количество глинистых фрак­ций, обладают более высокой связностью, и, наоборот, глины с небольшим содержанием глинистых частиц имеют малую связ­ность. С увеличением содержания песчаных и пылевидных фракций понижается связующая способность глины. Это свой­ство глины имеет большое значение при формовании изделий. Связующая способность глины характеризуется возможностью связывать частицы непластичных материалов (песка, шамота и др.) и образовывать при высыхании достаточно прочное изделие заданной формы.

Усадкой называют уменьшение линейных размеров и объема при сушке образца (воздушная усадка) и обжиге (огневая усадка). Воздушная усадка происходит при испарении воды из сырца в процессе его сушки. Для различных глин линейная воздушная усадка колеблется от 2...3 до 10...12% в зависимости от содержания тонких фракций. Огневая усадка происходит из-за того, что в процессе обжига легкоплавкие составляющие глины расплавляются и частицы глины в местах их контакта сближаются. Огневая усадка в зависимости от состава глин бывает 2...8%. Полная усадка равна алгебраической сумме воз­душной и огневой усадок, она колеблется в пределах 5...18%. Это свойство глин учитывают при изготовлении изделий необ­ходимых размеров.

Характерным свойством глин является их способность пре­вращаться при обжиге в камневидную массу. В начальный пе­риод повышения температуры начинает испаряться механически примешанная вода, затем выгорают органические примеси, а при нагревании до 550...800°С происходит дегидратация глини­стых минералов и глина утрачивает свою пластичность.

При дальнейшем повышении температуры осуществляется обжиг - начинает расплавляться некоторая легкоплавкая со­ставная часть глины, которая, растекаясь, обволакивает нера-сплавившиеся частицы глины, при охлаждении затвердевает и цементирует их. Так происходит процесс превращения глины в камневидное состояние. Частичное плавление глины и действие сил поверхностного натяжения расплавленной массы вызывают сближение ее частиц, происходит сокращение объема - огневая усадка.

Совокупность процессов усадки, уплотнения и упрочнения глины при обжиге называют спеканием глины. При дальнейшем повышении температуры масса размягчается - наступает плав­ление глины.

На цвет обожженных глин оказывает влияние главным об­разом содержание оксидов железа, которые окрашивают кера­мические изделия в красный цвет при наличии избытка в печи кислорода или в темно-коричневый и даже черный при недостат­ке кислорода. Оксиды титана вызывают синеватую окраску черепка. Для получения белого кирпича обжиг ведут в восста­новительной среде (при наличии свободных СО и Ш в газах) и при определенных температурах, чтобы оксид железа перевести в закись.

Процессы происходицие при обжиге и сушке глин

схема производства керамических изделий

Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого материала, основные этапы производства керамиче­ских изделий являются общими и состоят из следующих опе­раций: добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделий (сырца), сушки сырца, обжига изделий, обработки изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.

Добычу сырья осуществляют иа карьерах открытым спосо­бом - экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к за­воду производят автосамосвалами, вагонетками или транспорте­рами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки. Заводы по производству керамических материалов, как пра­вило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода.

Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

Формование керамической массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами. При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8... 12% подают на формование. При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель (рис. 3.2), где она перемешивается с отощающими добавками до получения одно­родной пластичной массы влажностью 20...25%. Формование керамических изделий при пластическом способе осуществляют преимущественно на ленточных прессах. При полусухом способе глиняную массу формуют на гидравлических или механиче­ских прессах под давлением до 15 МПа и более. По шликерному способу исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60%) до получения однород­ной массы - шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получае­мых способом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках.

Обязательной промежуточной операцией технологического процесса производства керамических изделий по пластическому способу является сушка. Если же сырец, имеющ й высокую влажность, сразу после формования подвергнуть обжигу, то он растрескивается. При сушке сырца искусственным способом в качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигатель­ных печей, а также специальных топок. При изготовлении изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, образуе­мый в калориферах. Искусственную сушку производят в ка­мерных сушилах периодического действия или туннельных суши­лах (рис. 3.4) непрерывного действия.

Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, свя­занных с тепло- и массообменом между материалом и окружаю­щей средой. В результате происходит перемещение влаги из внутренней части изделий на поверхность и испарение ее. Од­новременно с удалением влаги частицы материала сближаются и происходит усадка. Уменьшение объема глиняных изделий при сушке происходит до определенного предела, несмотря на то, что вода к этому моменту полностью еще не испарилась. Для получения высококачественных керамических изделий процессы сушки и обжига должны осуществляться в строгих режи­мах. При нагревании изделия в интервале температур О...15О°С из него удаляется гигроскопическая влага. При температуре 70°С дав­ление водяных паров внутри из­делия может достигнуть значи­тельной величины, поэтому для предупреждения трещин темпера­туру следует поднимать медленно (5О...8О°С/ч), чтобы скорость по­рообразования внутри материала не опережала фильтрации паров через ее толщу.

Обжиг является завершающей стадией технологического процес­са. В печь сырец поступает с влаж­ностью 8...12%, и в начальный период происходит его досушива­ние. В интервале температур 550... 800°С идет дегидратация глинис­тых минералов и удаление хими­чески связанной конституционной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка минера­ла и глина теряет пластичность, в это время происходит усадка изделий.

При температуре 200...800°С выделяется летучая часть органи­ческих примесей глины и выгораю-ших добавок, введенных в состав шихты при формовании изде­лий, и, кроме того, окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения. Этот период характерен весьма высокой скоростью подъема температур - 300...350° С/ч, а для эффективных изделий - 400...450°С/ч, что способствует быстро­му выгоранию топлива, запрессованного в сырец. Затем изделия выдерживают при этой температуре в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода.

Дальнейший подъем температуры от 800°С до максималь­ной связан с разрушением кристаллической решетки глини­стых минералов и значительным структурным изменением че­репка, поэтому скорость подъема температуры замедляют до 1ОО...15О°С/ч, а для пустотелых изделий - до 200...220°С/ч. По достижении максимальной температуры обжига изделие выдерживают для выравнивания температуры по всей толще его, после чего температуру снижают на 1ОО...15О°С, в результа­те изделие претерпевает усадку и пластические деформации.

Затем интенсивность охлаждения при температуре ниже 800°С увеличивается до 250...300°С/ч и более. Ограничением спада температуры могут служить лишь условия внешнего теплообмена. При таких условиях обжиг кирпича можно осу­ществить за 6...8 ч. Однако в обычных туннельных печах ско­ростные режимы обжига не могут быть реализованы из-за боль­шой неравномерности температурного поля по сечению обжига­тельного канала. Изделия из легкоплавких глин обжигают при температуре 900...1100°С. В результате обжига изделие приобре­тает камневидное состояние, высокие водостойкость, прочность, морозостойкость и другие ценные строительные качества.

Общие сведения

Природными каменными материалами называют материалы и изделия, получаемые механической обработкой (дроблением, раскалыванием, распиливанием и т.п.) горных пород. Природный камень, применяемый непосредственно как строительный материал, привлекает своей декоративностью и долговечностью.

Огромное количество природных каменных материалов используется в качестве сырья для получения большинства строительных материалов: керамики, стекла, минеральных вяжущих веществ.

Сырьевой базой для промышленности строительных материалов являются горные породы. Их применяют для изготовления неорганических вяжущих веществ, керамических материалов, строительного стекла, щебня, гравия, песка в дорожном строительстве и для приготовления бетонов и растворов, облицовки зданий, сооружений и многих других целей.

Горными породами называют скопления минеральных масс, образующие геологические тела, характеризующиеся достаточно постоянным составом, строением и свойствами. Процентное содержание минералов в горной породе определяет её минеральный состав. Форма, размер, взаимное расположение минералов, наличие пор и т. д. определяют свойства горной породы.

Минералом называют природное тело, однородное по химическому составу, строению и свойствам, образующееся в результате физико-химических процессов на поверхности и в глубинах земли. Минералы в подавляющем большинстве - твёрдые тела: кристаллические и аморфные.

Если горная порода состоит из одного минерала, она называется мономинеральной, если из двух и более - полиминеральной.

В зависимости от условий образования горные породы подразделяют на три вида: первичные - изверженные, вторичные - осадочные, видоизменённые - метаморфические.

Изверженные породы весьма разнообразны по физико – механическим показателям. Если магма застывала на глубине, а ее составные части успевали закристаллизоваться, то при этом образовывались так называемые глубинные (интрузивные) породы, для которых характерна полнокристаллическая структура. Если в результате вулканической деятельности магма вырывалась на поверхность, в зону значительно более низких температур, её компоненты не имели времени для кристаллизации и, застывая, образовывали породы со скрыто - и мелкокристаллическими структурами (эффузивные).

Многие природные камни рассматриваемой группы отличаются высокими: плотностью, теплопроводностью, прочностью и используются исключительно в качестве конструкционно–отделочных и отделочных материалов.

Вместе с тем достаточно широко распространены и обломочные (рыхлые и цементированные) изверженные породы, отличающиеся сравнительно высокой пористостью – пемза, вулканический туф.

Осадочные породы сформировались в результате преобразования продуктов разрушения изверженных пород, морских и континентальных осадков в виде отдельных пластов и слоев на земной поверхности и вблизи нее при относительно низких температурах и давлении. Механические отложения образовались в результате отложения или накопления рыхлых продуктов распада ранее существовавших пород, часть которых в дальнейшем подверглась цементированию, образую конгломераты, брекчии и песчаники. Химические осадки образовались в результате осаждения из водных растворов минеральных веществ с последующим их уплотнением и цементацией. Органогенные образования – результат непосредственного осаждения, уплотнения и цементации остатков водорослей, организмов и продуктов их жизнедеятельности.

Видоизменённые (метаморфические) породы образуются в толще земной коры в результате более или менее глубокого преобразования изверженных или осадочных горных пород при действии высоких температур и давления, а также возможном химическом воздействии. Метаморфические породы отличаются от исходных структурой и свойствами. По структуре их разделяют на массивные, или зернистые (мрамор, кварцит), и сланцеватые (гнейсы, сланцы).

Основы технологии

Блоки камня, полученные в карьере, поступают на камнеобрабатывающие предприятия для переработки. Процесс, в результате которого камню придают требуемые форму, размер и фактуру лицевой поверхности, включает ряд операций, выполняемых в строгой последовательности с помощью разнообразных камнеобрабатывающих станков. На современных предприятиях камень обрабатывают механизированным способом. В зависимости от характера используемого инструмента различают три основных вида обработки: резание, шлифование и скалывание. Каждый из этих видов, в свою очередь, делится на две стадии: придание формы и размеров выпускаемого изделия и его фактурную обработку. Для этого лицевой поверхности изделия придают заданную степень рельефа.

Обработка резанием – наиболее современный процесс обработки камня: этот способ высокопроизводителен, даёт меньше отходов и в наибольшей степени допускает автоматизацию производства. В зависимости от твёрдости камня используют стальные и твёрдосплавные резцы (для камня мягкой и средней твёрдости) или алмазный и карборундовый инструменты (для пород средней твёрдости и твёрдых) специальной конструкции.

Обработка скалыванием – также широко используемый способ, однако в большинстве случаев он сопряжён с постоянным участием оператора, и поэтому более трудоёмок. Ударная обработка камня механизирована и автоматизирована не полностью.

Придание камню требуемой формы независимо от принятого способа обработки выполняют в две стадии: сначала изделию придают форму, грубо приближающуюся к заданной, и лишь затем изделие получает окончательную форму в соответствии с проектом.

Шлифование поверхности камня позволяет достичь высокой степени её гладкости, вплоть до зеркального блеска (для этого используют войлочный круг, под который падают полированный порошок).

Номенклатура

Номенклатура материалов из природного камня включает блоки, камни, плиты, архитектурно-строительные изделия (плоскостные и профильные).

Блоки объёмом не менее 0,1 м 3 для кладки фундаментов и стен, в зависимости от технологии их обработки, выпускают колотые, тёсаные, пиленые.

Камни размером 390*190*188; 490*240*188; 390*190*288 мм и др. аналогичны по назначению блокам.

Плиты шириной до 2000 мм длиной, как правило, не менее ширины и толщиной от 3 до 40 мм используют для наружной и внутренней облицовки. Размеры плит для покрытий полов, как правило, 300*300; 305*305; 400*400; 600*300 мм. Для интерьеров с интенсивным движением их толщина не менее 20мм.

Архитектурно-строительные изделия служат для наружной и внутренней облицовок, устройства лестниц, парапетов площадок, ограждений. К этой группе изделий относятся плиты цокольные, пиленые и колотые, накрывочные пиленые и колотые, проступи пиленые, ступени цельные пиленые и колотые, парапеты прямоугольные и криволинейные, колонны, балясины, порталы, детали карниза, пояса, камень кордонный, шары декоративные.

Балясина – сравнительно невысокий фигурный столбик в форме тела вращения. Это элемент ограждения лестниц, террас, балконов, верхняя часть которого покрыта перилами. Изготавливают балясины, в основном, из мрамора.

Порталы – профильные изделия для обрамления дверных проёмов, выполняемые, как правило, из гранита, габбро, лабрадорита и других изверженных пород.

Деталь карниза – профильное изделие в виде декоративного выступа на верхней части наружной облицовки поля стены, защищающего её от стекающей с кровли воды. Получают при соответствующей обработке изверженных горных пород.

Деталь пояса – горизонтальный выступающий элемент наружной облицовки, отделяющий цокольную часть от вышележащей стены. Для изготовления используют достаточно плотные и прочные горные породы.

Камень кордонный – профильное изделие верхней части массивного цоколя из плотных и прочных пород.

Декоративный шар – профильное изделие сферической формы. Шары (цельные, но чаще составные), в основном, из гранита используют при оформлении фасадов зданий, фонтанов, набережных, в ландшафтной архитектуре.

К материалом специального назначения относят бутовый камень (куски неправильной формы не более 500 мм по наибольшему измерению), щебень (куски до 150 мм из дробленого бута), плиты для гидротехнических сооружений, изготовляемые из изверженных и осадочных горных пород; брусчатку в форме бруска, слегка суживающегося книзу, из однородных мелко- и среднезернистых изверженных пород для мощения дорог; бортовые камни высотой до 400 мм из плотных изверженных пород для отделения дороги от тротуара; плиты для тротуаров (часто из гнейса) толщиной не менее 40 мм.

Свойства

Учитывая характеристики минералов, их количество и характер расположения, а также вид и расположение цементирующего вещества, выделяют кристаллические, стекловидные, порфировые и другие структуры горных пород.

При определении характера кристаллической структуры горной породы устанавливают, в частности, крупность зерен. В зависимости от их размеров у твёрдых горных пород (гранит и др.) выделяют крупнозернистые структуры – более 40 мм; среднезернистые от 2 до 10 мм; мелкозернистые – до 2 мм. У природных камней средней твёрдости (мрамор и др.) структура с размером зерен более 1 мм считается крупнозернистой; до 1 мм – среднезернистой; до 0,25 мм - мелкозернистой.

Способы добычи и обработки природного камня, его рациональное применение в строительстве связывают, прежде всего, с твёрдостью материала.

При определении твёрдости природных камней пользуются шкалой Мооса, сравнивая их твёрдость с твёрдостью определённых минералов, расположенных в характерном порядке по мере нарастания твёрдости: тальк, гипс, кальцит, плавиковый шпат, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз.

Твёрдые природные камни обладают более высокой монолитностью структуры по сравнению с материалами средней твёрдости и мягкими. В архитектурно – строительной практике используют, как правило, горные породы твёрдые или средней твёрдости.

Средняя плотность природных каменных материалов, в зависимости от их вида, обычно находятся в пределах 800… 3100 кг\м 3 .

Водопоглощение твёрдых природных камней, как правило, находится в пределах 0,01 … 5 %; у гранита и сиенита – 0,1 … 1%; габбро – 0,1…0,2%; лабрадорита и тешенита – 0,2 … 1%; диабаза – 0,01 … 0,2 % ; кварцевого порфира – 0,1…5%; базальта – 1…5%. Водопоглощение природных камней средней твёрдости 0,1…40%, в том числе мрамора – 0,1…0,7%; известняка – 0,5… 40%; песчаника – 0,2…2,5%; туфов – 4…40%.

Коэффициент размягчения указанных природных каменных материалов средней твёрдости, как правило, не менее 0,6.

Морозостойкость каменных материалов сравнительно высока. Твердые природные камни (гранит, диорит, сиенит, габбро) выдерживают 300 и более циклов лабораторных испытаний; диабаз, базальт – 50 и более. Природные камни средней твёрдости – более 25 циклов, мягкие – 15 циклов и более.

Предел прочности при сжатии природных каменных материалов в зависимости от твёрдости приведён в табл .9 .

Для определения предела прочности при сжатии обычно испытывают образцы в виде куба или цилиндра, выпиленные или высверленные из целого изделия. Для испытания сравнительно крупных блоков, высота которых более чем в 1,5 раза превышает толщину, приготавливают (выпиливают, высверливают) два образца: со стороны верхней и со стороны нижней граней.

Истираемость имеет большое значение, прежде всего, для природных каменных материалов, которые используют для покрытий полов в различных общественных сооружениях. Весьма мала истираемость у твёрдых материалов – не более 0,5г/см 2 .

Долговечность природных камней, как правило, связана с их твёрдостью.