Які матеріали використовуються у виробництві кераміки. Сировина для керамічних матеріалів та виробів. Тема: Керамічні матеріали

Кераміка є одним з основних матеріалів, що використовуються в промисловості та повсякденному житті. Її називають третім промисловим матеріалом, поряд з металами та полімерами. У цьому розділі представлені види кераміки і розглянуто технологію виготовлення керамічних виробів. Особливу увагу приділено методам формування керамічних виробів.

б ІСТОРІЯ КЕРАМІКИ

Кераміка була першим штучним матеріалом, створеним людиною задовго до отримання скла та металу, виробництва пластмас та композитів. Керамічні вироби, на відміну від дерев'яних та металевих, довговічні та стійкі до змін природних умов, тому археологи вивчають історію зниклих міст та країн з керамічних черепків. Археологічні розкопки, які проводяться на території багатьох держав, дають великий матеріал для вивчення цієї цікавої галузі творчої діяльності людини.

Винаходу кераміки допомогли унікальні властивості глинистих мінералів, що дозволили первісним людям ліпити з вологої глини судини та фігурки, які після випалу в полум'ї багаття набували міцності. (Як говориться в Біблії, перша людина на Землі – Адам – також була створена Богом із глини.)

Наявність глини - доступного природного матеріалу зумовило швидкий і повсюдний розвиток керамічного ремесла на зорі людської історії, в період первіснообщинного ладу. З'явившись ще в епоху мезоліту, воно вже в епоху неоліту набуло розвитку.

Першими керамічними виробами були посудини для води та їжі з товстими стінками та пористим черепком, для зручності встановлення в землю дно такої посудини було круглим або конічним. У глину для надання міцності при випалюванні додавали товчені раковини та подрібнений граніт. За відбитками пальців, вчені встановили, що найдавніші керамічні судини виготовляли жінки. Ліпили такі судини із джгутів і декорували штампами у вигляді ямок, смуг, борозенок різної форми. Залежно від використовуваної глини вироби мали колір від теракотового до чорного. Пізніше для декорування стали використовувати кольорові глини з переважно червоним, білим, жовтим або темним забарвленням, покриваючи ними окремі частини малюнка (ангоби). У деяких культурах стали використовувати лощення - загладжування поверхні.

Перші глазуровані вироби з'явилися у IV-III тис. до н.е., у районах Близького та Середнього Сходу. Керамічні вироби (кольорова глазурована цегла та облицювальні плитки, що становлять монументальне панно) використовувалися для прикраси палацових та релігійних споруд. глазур, Що З'явилася, містила багато лугів і була фріттованою.

Найважливішим чинником удосконалення керамічної майстерності стало винахід гончарного кола (IV тис. до н.е.), застосування якого різко підвищило продуктивність праці та покращило якість виробів. Гончарною справою почали займатися чоловіки.

У Стародавньому Єгипті судини робили з грубої маси, в глину додавали дрібнорубану солому - для зменшення в'язкості глини, якнайшвидшого висихання і запобігання великої усадки виробу. Формування судин важких форм в неолітичний і додинастичний періоди проводилося вручну, пізніше як підставки, що обертається, стали застосовувати круглу циновку - попередницю гончарного кола. Також стали застосовувати формування на мотузкових болванках. У Єгипті з'явилися гончарні печі з глини, висотою вдвічі більше людського зросту, що нагадують трубу, що розширюється догори; дверцята печі, через які завантажували паливо, були розташовані внизу, а судини завантажували зверху і гончар піднімався сходами.

Пізніше в Єгипті маса стає більш тонкою, а форми - різноманітнішими, з рельєфними та гравірованими орнаментами. Окрім посуду, ваз та цегли єгиптяни виготовляли з глини статуетки, часто з головами тварин, намиста, зображення скарабеїв, дитячі іграшки, печатки, навіть саркофаги тощо.

Колір єгипетської кераміки залежав від сорту глини, декору (ангобу) та випалу. Для її виготовлення вживали глину в основному двох сортів: коричнево-сірого кольору з досить великою кількістю домішок (органічних, залізистих та піску), яка при випалюванні набувала коричнево-червоного кольору, і сіру вапняну майже без органічних домішок, що набуває після випалювання різні відтінки сірого. кольори, буре і жовте забарвлення.

Поступово процес глазурування почав розповсюджуватися і в Стародавній Греції. Декорування розписом проводили по сирому черепку. Основними способами виготовлення керамічних судин у Греції були ліплення судини вручну із джгутиків, формування на мотузкових болванках та формування на гончарному колі. Свого розквіту грецька кераміка досягла VI-V ст. до н.е.

У Стародавній Греції вази не були предметом розкоші - їх було дуже багато і виготовлялися вони з простої глини, а для розпису використовувався лише чорний лак (флюсний ангоб). При невеликому розмаїтті застосовуваних матеріалів (греки не знали ні прозорих глазурів, ні кольорових емалей) розписні вази перетворювалися на справжні витвори мистецтва, які мали величезний вплив на розвиток всього світового декоративно-ужиткового мистецтва.

Розпис давньогрецької кераміки прийнято ділити на чотири стилі:

• 1) IX-VIII ст. до н.е. - геометричний стиль - розпис у вигляді геометричного орнаменту з умовно-стилізованими фігурками тварин та людей;
• 2) кінець VII ст. до н.е. - килимовий, або орієнталізуючий стиль - розпис з поліхромними поясами орнаменту зі східними візерунками та зображення тварин та фантастичних істот;
• 3) VI ст. до н.е. - чорнофігурний стиль - розпис багатофігурними композиціями із життя богів чорним «лаком» по незафарбованому жовтому, помаранчевому або рожевому тлі;
• 4) близько 530 р. до н. - червонофігурний стиль - при покритті фону чорним лаком незабарвлені фігури мали природний колір глиняного черепка. Ця техніка давала майстру можливість детальніше промальовувати форми, передаючи природність руху фігури.

Етруська кераміка (XII-V ст. до н.е.) не поступається грецькою з погляду технологій, але має меншу художню цінність.

Етруську кераміку можна поділити на дві групи:

• 1) копії грецьких ваз (амфори та чаші);
• 2) нерозписні судини середньоазіатського та єгипетського типу з грубо виконаними пластичними прикрасами. За кольором черепка їх ділять на чорні (буккеро, при випаленні глина набувала чорного кольору) і червоні (імпасто).

Римська культура успадкувала багато грецьких традицій без трепетного ставлення до кераміки, як це було в Стародавній Греції. Керамічні вироби - це не твори мистецтва, а звичайні побутові вироби, мають по-римськи суто утилітарне, прагматичне значення. Для виготовлення посуду застосовувалося ручне гончарне коло. Пристрій гончарних печей по суті не змінилося, але печі для випуску масової продукції часто досягали великих розмірів і допускали більш високий випал кераміки. Римські керамісти виготовляли горщики, солдатські казани, сковорідки, глечики для води, посуд для молока, кубки у формі чаш та келихів, великі страви, тарілки, соусники, салатники. Римські будівельники широко застосовували кераміку, із неї виконували складні архітектурні деталі.

Спочатку в Стародавньому Римі велике поширення набула розписна кераміка, але поступово вона втрачала свою художню цінність і розпис повністю замінила рельєф на глиняному посуді, покритому червоним «лаком». Керамісти Арреціуму в Італії досягли досконалості у виготовленні червоної глазурі, що має рівне забарвлення і блискучу поверхню, що нагадує блиск сургуча.

Для декорування використовували відомі прийоми виготовлення невисокого рельєфу на зовнішній поверхні стінок за допомогою форм та штампів. Рельєфи деяких арретинських судинах створювали з допомогою штампів, мали «негативні» поглиблені зображення. Вони відтискалися в м'якій керамічній масі на поверхні судин, а потім покривалися червоним лаком і обпалювалися в печах.

Найбільш активно керамічні вироби в Київській Русі стали виготовлятися у VIII-XII ст. Спочатку вироби виготовлялися ліпленням, але наприкінці IX – на початку X ст. відбувся перехід до гончарної технології.

У масу для надання міцності стали додавати різні наповнювачі: пісок, подрібнений камінь, слюду, солому та м'яку. Для надання міцності виробам їх стали декорувати розжарюванням у чистій воді, обдаруванням у теплому хлібному розчині та чорнінням у печі. Основною продукцією були різні види посуду (горщики, глечики, жбани, миски), дитячі іграшки, світильники, рукомийники, цегла, облицювальна плитка.

У X-XI ст. ручне гончарне коло замінює ножний, що обертається швидше і звільняє руки гончаря, що змінює знову технологію - усувається процес попереднього чорнового ліплення виробу.

Татаро-монгольське ярмо відкинуло всі досягнення російських гончарів IX-XII ст.: повністю зникли деякі судини, спростився орнамент, була практично повністю забута технологія глазурування після повалення ярма ще три століття вироби відрізнялися одноманітністю і грубістю форм.

На культуру керамічного виробництва в Західній Європі великий вплив зробили іспано-мавританські керамічні вироби, вкриті олов'яною глазур'ю. Спочатку в Італії «майоліками» називали лише іспанську кераміку, імпортовану в країну, наприкінці XIV ст. в Італії стало інтенсивно розвиватися виробництво подібної кераміки, а в XVI ст. назва «майоліка» стала застосовуватись і до італійської кераміки.

В Італії кераміст Лука делла Роббіа (1399(1400)-1482) першим застосував техніку глазурування теракоти в круглій скульптурі та рельєфах для фасадів та інтер'єрів будівель. Його вироби стали називати майолікою, а розроблені глазурі стали секретом сім'ї делла Роббіа і до XVI ст. Виготовлення скульптури з майоліки залишалося привілеєм сімейства делла Роббіа.

Покриття виробів білою олов'яною глазур'ю створювало ідеальне тло для розпису. Спочатку малюнок стали просто наносити на сиру глазур (ель-фреско), а потім ще й удосконалили технологію нанесенням додаткового покриття прозорою глазур'ю.

Спочатку більшість італійських керамічних виробів служили лише декоративним цілям, але пізніше декоративність та утилітарність поєдналися в альбареллі - античних судинах епохи Відродження.

У свою чергу італійська майоліка справила неабиякий вплив на розвиток керамічного промислу Німеччини XV ст., а також Франції XVI-XVIII ст., де вона стане називатися «фаянс».

У Франції родоначальником фаянсу вважається Бернар Паліссі (близько 1510-1589 (1590)), який розробив власні рецепти білої емалі та різних глазурів - полив. Він працював із «сільськими глинами» та створено численні декоративні твори (в основному декоративні страви), витримані як у натуралістичному, так і в міфологічному дусі. Одночасно у Франції розвивається й інша технологія – випал при низькій температурі з розписом за попередньо обпаленою глазур'ю.

Іншим технологічним видом кераміки на той час була кам'яна маса. У XIV ст. німецькі гончарі винайшли кам'яну масу. Вона масово вироблялася у XIV-XVII ст.

До XV ст. технологія виробництва удосконалювалася, став застосовуватися рельєфний декор, і лише початку XVI в. кам'яна кераміка набула того класичного свого вигляду, який має зараз.

Завдяки низькодисперсному складу маси та невеликій усадці технологія дозволила декорувати стінки судин дуже тонкими та опрацьованими рельєфами. Штампи для їх виготовлення вирізалися окремо і продруковувалися на сухій посудині. Завдяки високій температурі випалу, до 1300 ° С, зменшувалася пористість черепка. Тому утилітарний посуд з кам'яної маси часто могли не глазурувати, але більшість судин при випаленні все ж таки покривали безбарвною соляною глазурою. Кам'яна кераміка набула міцності, що дозволило експортувати її далеко від місця виробництва: до Європи, Росії, навіть у Північній Америці.

Коли кам'яна кераміка потрапила до Англії, кераміст Джозайя Веджвуд на її основі винайшов якісніші фаянсові маси - базальтовий черепок, кремову масу та «яшмову масу», з якої виготовлялися знамениті сині вази з білим рельєфом у стилі класицизму.

У XVI ст. до Європи везли китайську порцеляну, де він став найбажанішою коштовністю, фарфорові вироби були в кожному палаці Європи та Росії. Дорогі фарфорові вироби виставлялися напоказ та дозволяли продемонструвати високий статус, достаток та гарний смак власника. Навіть розбиті вироби не викидали, порцелянові черепки оправляли в дорогоцінні метали і носили як намисто на золотому ланцюжку. У XVII ст. з'явилася мода на декоративний розпис китайської порцеляни: основними мотивами розпису були різноманітні квіти (піони, хризантеми, лотос), гілки сосен, птиці та звірі, дракони.

Європейці дуже хотіли розкрити секрет виготовлення порцеляни. Вважається, що в результаті цих експериментів з'явилися фаянс, кам'яні вироби і різновиди м'якого фарфору. Спочатку це були спроби італійських майстрів, і у Флоренції у 1575 р. було отримано «порцеляну Медічі». За своїми властивостями він перебував між твердою і м'якою порцеляною, мав жовтуватий колір, був прозорим завдяки білій глині ​​з Віченці та покривався білою майоличною глазурою. Для розпису використовували оксид кобальту (синій колір), іноді оксид марганцю (синювато-ліловий колір). Прикрашали вироби стилізованими квітками, гілками, птахами. Випускали таку порцеляну до першої чверті XVII ст. включно.

Потім французькі керамісти наприкінці XVII ст. проводили успішні досліди з виготовлення фарфору (мануфактури в Руані, Сен-Клу, Меннесі, Шантійї, Венсені, вироби з м'якого фарфору). З 1673 по 1696 р. Руанська мануфактура випускала тендітний прозорий м'який фарфор молочного відтінку. Для розпису використовували синю, червону та зелену підглазурну фарби.

На фабриці Сен-Клу з 1670 по 1766 р. створювали м'яку порцеляну, вироби з якої мали прості форми, товстий черепок кремового кольору і були покриті блискучою прозорою щільною глазур'ю, що закриває рельєф. Для декору використовували візерунок з відформованих або накладених квітів і листя, квітковий рельєфний декор і рельєфне золочення.

Для розпису застосовували синю, бірюзову, жовту та зелену надглазурну фарбу. Вироби часто оправляли у срібло.

У XVIII ст. у Британії відкрилося багато фабрик з виробництва м'якої порцеляни: Челсі, Боу, Дербі, Вустер, Споуд, Коулпорт, Мінтон. Кожну з них вирізняв власні почерк та стиль. На фабриці Челсі з 1750 по 1784 випускали декоративні, непрактичні вироби з м'якого фарфору. На виробництві в Боу в 1748 р. вперше стали додавати кісткову золу в масу і отримали відмінний білизною кістяний фарфор; на фабриці в Дербі з 1750 випускали статуетки, змагаючись з Челсі, а з 1764 по 1769 у виробництві порцеляни стали застосовувати мильний камінь.

Різновиди м'якого порцеляни XVI-XVII ст. мали складний склад, жовтий колір черепка, сильно деформувалися при випаленні, але деякі види м'якого фарфору після поліпшення складу та технології продовжують випускати досі, як, наприклад, кістяний фарфор.

Наявність великої пористості, крихкості, сильної деформації при випаленні виробів з м'якого порцеляни змушували європейців шукати рецепт твердого порцеляни. У Саксонії у курфюрста Августа 1709 (1710) р. алхімік Йоганн Фрідріх Беттгер за допомогою вченого Еренфріда Вальтера фон Чирнгауса отримав зразки твердої порцеляни. Вони підібрали сировинні матеріали для порцеляни та глазур, підняли температуру випалу до 1300°С та розробили технологію високотемпературного випалу.

У 1710 р. відкривається Майсенська мануфактура, де починають випускатися судини, формою схожі на дельфтський фаянс, судини з подвійними стінками, прикрашені різьбленням із зовнішнього боку, випускалися столові прилади та різні скульптури (однієї з перших скульптур була постать Августа Сильного).

Вдачі європейців у XVIII ст. стали вільнішими, і незважаючи на зусилля правителя Саксонії Фредеріка Августа I утримати в таємниці технологію твердої порцеляни майсенські майстри йшли в інші країни разом із секретами виробництва. Порцеляна швидко поширилася в європейських містах і витіснила виробництво фаянсу.

У Франції на Севрській мануфактурі в 1750 р. випускали м'яку севрську порцеляну, а з 1756 р. стали випускати тверду порцеляну. На фабриці склався вишукано-витончений стиль севрської порцеляни, особливо характерні вироби з розписною позолоченою пластикою та скульптури з білої неглазурованої порцеляни (бісквіта).

Російська кераміка після занепаду, спричиненого татаро-монгольським ярмом, знову відроджується в XIV-XV ст. Головним центром стає Гончарна слобода у Москві, де до XVII ст. випускається великий асортимент посуду, іграшок, світильників та ін.

У XVI ст. в Росії виникає цінні ремесло (виготовлення глиняних предметів з покриттям виробів білою емаллю). Більшість цінинних виробів - кахлі, виготовлені на глиняній основі, що застосовувалися для прикраси храмів та домашньої обетанівки. При описі царських та боярських покоїв у XVI ст. Неодмінно зустрічаються згадки про цінні печі, покриті білими з синім малюнком кахлями.

На початку XVIII ст. гжельські майстри виготовляли простий білий посуд та обливний посуд з різнокольоровим глазуріо та художнім розписом - російську майоліку. Вироби були дуже різноманітними: скульптура, посуд та навіть сервізи. Проте багаті люди хотіли мати порцелянові вироби.

У Росії її за вказівкою Петра I з 1718 р. велися спроби відкрити фарфор. У 1724 р. у Москві Опанас Кирилович Гребенщиков відкрив перший цінний (майоліковий) завод і постачав свої вироби до імператорського двору. Спочатку випускалися курильні трубки за голландськими зразками, потім кахлі - спочатку рельєфні, потім гладкі з розписом, і з кінця 1730-х років. - цінний (критий емаллю) посуд. На заводі стали випускати високоякісний майоліковий посуд з розписом синім і триколірним орнаментом по сирій світло-блакитній емалі. У 1746 р. (раніше ніж Д. В. Виноградов) син А. К. Гребенщикова Іван Опанасович самостійно відкрив секрет виробництва порцеляни, але дозволу на його виробництво не отримав і досліди зі створення порцеляни на заводі Гребенщикова були припинені.

За офіційною версією порцеляна в Росії з'явився за Єлизавети Петрівни в 1746 р., але розробив цей рецепт російський майстер, який навчався за кордоном (берг-мейстер) Дмитро Іванович Виноградов. З 1744 р. він проводив експерименти на першій порцеліновій (порцеляновій) Імператорській мануфактурі під керівництвом Гунтера та розробив технологію виробництва порцеляни на основі декількох сортів гжельської глини. Перші порцелянові вироби, створені в Росії після відкриття секрету російсько-10 порцеляни, відрізнялися самобутністю, самостійністю, особливо щодо форм. На мануфактурі випускали свічники, курильні трубки, скульптурки, сервізи.

У 1765 р. порцелінова мануфактура була перетворена на Імператорський фарфоровий завод, де продовжували створювати декоративні вази, бюсти, рельєфи, серію (близько ста) фігур з порцеляни, що зображають народи Росії.

У 1766 р. Франц Якович Гарднер засновує приватне підприємство з виробництва порцеляни під Москвою, у селі Вербілки Дмитрівського повіту (звідси назва «дмитровський фарфор»). Саме йому 1778 р. Катерина 11 доручила виготовлення «орденського» «Георгіївського сервізу». Спочатку на заводі повторювали саксонські тарілки та скульптури і навіть ставили мейсенську марку у вигляді двох схрещених мечів і продавали купцям, міщанам та заможним селянам. На початку ХІХ ст. на заводі Гарднера випускали яскраво розписані фігурки – «російські типи». У 1892 р. спадкоємці Гарднера продали завод М. С. Кузнєцову.

На початку ХІХ ст. у Росії з'явилися десятки невеликих приватних заводів. У 1812 р. у Петербурзі відкрився завод купця Сергія Батеніна, який випускав до 1839 р. великі золочені вази у стилі російського ампіру з розписом, у клеймах пишними букетами троянд. Схожі вироби випускали на заводах Попова, Терехових та Кисельова в районі Гжелі із позолоченої порцеляни та називали «бронзовий товар».

У 1832 р. Терентій Якович Кузнєцов заснував у підмосковному Лікіно-Дулевому керамічний завод. Його онук Матвій Сидорович Кузнєцов до 1889 р. зосередив у руках найбільші заводи і організував «Товариство М. З. Кузнєцова». Ковалів залишив колишні фабричні марки і намагався зберегти звичний вигляд виробів, але ручний розпис замінили деколью і почали поєднувати різні стилі, манери, прийоми та елементи декору. До кінця ХІХ ст. («кузнецькі фарфор») форми стали еклектичними, перевантаженими поліхромним розписом з грубими кольоровими поєднанням. Звідси зневажливу назву «коваля» як синонім «купецького смаку» та еклектизму в російському прикладному мистецтві кінця XIX ст.

З 1870 р. в Конаково Тверській губернії, на заводі, також придбаному М. С. Кузнєцовим, стали виробляти вироби з порцеляни з типово «кузнецовським» розписом.

Наприкінці XIX – на початку XX ст. Керамічне виробництво пішло за двома основними напрямками: розвиток утилітарно-побутових речей (цей напрямок знаходився в даний період у занепаді) і вихід з історичних рамок (другий новий напрямок створювало станкові картини у фаянсі, декоративні панно і скульптури в майоліці). Цей конфлікт масового виробництва та мистецтва зрештою призвів до створення дизайну, що відповідає за створення не лише виробу, стилю, а й середовища життя. На перший план вийшов дизайн керамічних виробів, у якому мають відображатися і народні традиції, і нові тенденції у побуті та архітектурі. Керамічні вироби використовуються в архітектурі як будівельний, облицювальний та декоративний матеріал, у побуті (посуд, вази), як художня пластика, сувенірна продукція.

Керамічне виробництво - великі заводи, невеликі майстерні та індивідуальні художні керамісти - отримали у своє розпорядження велику кількість різноманітних мас для виробництва керамічних матеріалів широкого асортименту, а також ефективне обладнання (насамперед печі для випалу) та відпрацьовану десятиліттями XX ст. Високопродуктивну технологію.

На сьогодні для виробництва художніх керамічних виробів використовують такі види кераміки: майоліку, гончарні вироби, теракоту, кам'яні вироби, фаянс та порцеляну. Для виготовлення керамічних виробів можна виділити основні способи формування: лиття шлікерне, пластичний спосіб, напівсухий спосіб, сухий спосіб.

Шликерне лиття та пластичне формування на верстатах дозволяє сильно здешевити виробництво, копіювати та тиражувати керамічні вироби в будь-якій кількості.

Розглянемо у наступному розділі класифікацію видів кераміки.

Запитання та завдання для самоконтролю

• 1. Коли з'явилися перші керамічні вироби?
• 2. Який сировинний матеріал застосовувався для одержання керамічних виробів?
• 3. Як прикрашали перші керамічні вироби?
• 4. Назвіть стилі розпису давньогрецької кераміки.
• 5. Які технології застосовувалися для виготовлення керамічних виробів у Київській Русі VIII-XII ст.?
• 6. У яких країнах Європи почали виготовляти фарфор?
• 7. Коли з'явився фарфор у Росії?
• 8. Перерахуйте основні керамічні виробництва у ХІХ ст. в Росії.
• 9. Які сучасні керамічні заводи у Росії відомі?

• Іманов Г. М., Косов В. С., Смирнов Г. В. Виробництво художньої кераміки: підручник. : Вища школа, 1985; Акунова Л. Ф., Приблуда С. 3. Матеріалознавство та технологія виробництва художніх керамічних виробів. М.: Вища школа, 1991; Бойко 10. А., Лівшиць В. Б. Матеріали для художніх виробів (Кераміка та покриття. Метали та сплави). М.: ОнтоПрінт, 2015; Волкова Ф. Н. Загальна технологія керамічних виробів. М.: Будвидав, 1989; Французова І. Г. Загальна технологія виробництва фарфорових та фаянсових виробів. М: Вища школа, 1991.

Керамічними називають штучні кам'яні матеріали та вироби, отримані в процесі технологічної обробки мінеральної сировини та подальшого випалу при високих температурах.

Назва "кераміка" походить від грецького слова "keramos" - глина.

Тому під технологією кераміки завжди мали на увазі виробництво матеріалів та виробів з глинистої сировини та сумішей його з органічними та мінеральними добавками.

Матеріал, з якого складаються керамічні вироби після випалу, у технології кераміки називають керамічним черепком.

Глини завжди в історії людства були і є одним із основних видів будівельних матеріалів.

Спочатку – 8000 років до н.е. - глини застосовувалися в необпаленому вигляді для глинобитного будівництва та виготовлення саманної та сирцевої цегли. 3500 років до н. відзначається початок застосування керамічної цегли, а 1000 років до н. - глазурованої цегли та черепиці.

З середини першого тисячоліття у Китаї розпочинається виробництво виробів із порцеляни.

У Росії її перший цегельний завод було побудовано Москві 1475 р., а 1744 року у Петербурзі почав працювати перший порцеляновий завод. Наприкінці XVIII – середині XIX ст. бурхливий розвиток металургійної, хімічної та електротехнічної промисловості призвів до розвитку виробництва вогнетривкої, кислототривкої, електроізоляційної кераміки та плиток для підлоги

З початку поточного століття отримало розвиток виробництво ефективної цегли та порожнистих каменів для зведення стін та перекриттів, а також керамічних плиток для внутрішньої та зовнішньої обробки та санітарно-технічних виробів.

Останнім часом набуло поширення виробництво спеціальної кераміки з унікальними властивостями потреб ядерної енергетики, машинобудування, електронної, ракетної та інших галузей промисловості.

Великий практичний інтерес мають кермети, що складаються з металевої та керамічної частин.

У поняття керамічні матеріали та вироби входить широке коло матеріалів з різними властивостями.

Їх класифікують за низкою ознак:
- за призначенням керамічні вироби поділяють на такі види: стінові, оздоблювальні, покрівельні, для підлоги, для перекриттів, дорожні, санітарно-технічні, кислототривкі, теплоізоляційні, вогнетривкі та заповнювачі для бетонів;

По структурі розрізняють керамічні вироби з пористим і спеченим (щільним) черепком. Пористими вважають вироби з водопоглинанням масою понад 5%. До них відносяться вироби як грубої (керамічна стінова цегла та камінь, вироби для покрівлі та перекриттів, дренажні труби), так і тонкої (облицювальні плитки, фаянсові) кераміки. До щільних відносять вироби з водопоглинанням масою менше 5%. До них належать також вироби та грубої (клінкерна цегла, великорозмірні облицювальні плити), і тонкої (фаянс, напівпорцеляна, фарфор) кераміки;

За температурою плавлення керамічні матеріали та вироби поділяються на легкоплавкі (з температурою плавлення нижче 1350 °С), тугоплавкі (з температурою плавлення 1350 °С-1580 °С), вогнетривкі (1580 °С-2000 °С), вищої вогнетривкості ° С).

Можливість отримання будь-яких заданих властивостей, широка номенклатура, великі запаси повсюдно поширеної сировини, порівняльна простота технології, висока довговічність та екологічна нешкідливість керамічних матеріалів забезпечують їм одне з перших місць за значимістю та обсягами виробництва серед інших будівельних матеріалів.

Так випуск керамічної цегли становить близько половини об'єму всіх стінових матеріалів.

2. Сировина для виробництва керамічних матеріалів

Основним сировинним матеріалом для виробництва будівельних керамічних виробів є глинисту сировину, що застосовується в чистому вигляді, а частіше в суміші з добавками - отощающими, породоутворюючими, плавнями, пластифікаторами та ін.

Глиниста сировина

Глинисту сировину (глини та каоліни)- продукт вивітрювання вивержених польових гірських порід, що містить домішки інших гірських порід.

Глинисті мінеральні частинки діаметром 0,005 мм і менше забезпечують здатність при замішуванні водою утворювати пластичне тісто, що зберігає при висиханні надану форму, а після випалу набуває водостійкість і міцність каменю.

Крім глинистих частинок у складі сировини є певний вміст пилоподібних частинок з розмірами зерен 0,005-0,16 мм та піщаних частинок з розмірами зерен 0,16-2 мм.

Глинисті частинки мають пластинчасту форму, між якими при змочуванні утворюються тонкі шари води, викликаючи набухання частинок і здатність їх до ковзання відносно один одного без втрати зв'язності. Тому глина, змішана з водою, дає пластичну масу, що легко формується.

При сушінні глиняне тісто втрачає воду і зменшується за обсягом. Цей процес називається повітряною усадкою .

Чим більше в глинистій сировині глинистих частинок, тим вища пластичність і повітряна усадка глин. Залежно від цього глини поділяються на високопластичні, середньопластичні, помірно-пластичні, малопластичні та непластичні

Високопластичні глинимають у своєму складі до 80-90% глинистих частинок, число пластичності більше 25%, водопотреба більше 28% і повітряне усадження 10-15%. Середньо- та помірно-пластичні глини мають у своєму складі 30-60% глинистих частинок, число пластичності 15-25, водопотреба 20-28% та повітряне усадження 7-10%.

Малопластичні глинимають у своєму складі від 5% до 30% глинистих частинок, водопотреба менше 20%, число пластичності 7-15 і повітряне усадження 5-7%.

Непластичні глинине утворюють пластичне зручне тісто.

Глини з вмістом глинистих частинок більше 60% називають "жирними", відрізняються високою усадкою, для зниження якої глини додають "отощаючі" добавки.

Глини із вмістом глинистих частинок менше 10-15%*- "худі" глини, в них при виробництві виробів вводять тонкодисперсні добавки, наприклад, бентонітову глину.

Різне поєднання хімічного, мінералогічного та гранулометричного складу компонентів зумовлює різні властивості глинистої сировини та придатність її для отримання керамічних виробів тих чи інших властивостей та призначення.

Гранулометричний склад глин тісно пов'язаний із мінералогічним складом.

Піщані та пилоподібні фракції представлені головним чином у вигляді залишків первинних мінералів (кварцу, польового шпату, слюди та ін.).

Глинисті частки здебільшого складаються з вторинних мінералів: каолініту, монтморилоніту, гідрослюдистих та їх сумішей у різних поєднаннях.

Глини з переважним вмістом каолініту мають світле забарвлення, слабо набухають при взаємодії з водою, характеризуються тугоплавкістю, малопластичні та малочутливі до сушіння.

Глини, що містять монтморилоніт, дуже пластичні, сильно набухають, при формуванні схильні до свілеутворення, чутливі до сушіння та випалу з проявом викривлення виробів та розтріскування.

Високодисперсні глинисті породи з переважним вмістом монтморилоніту називають бентонітами. .

Зразки з переважанням у глинистій частині гідрослюдистих мінералів характеризуються проміжними показниками пластичності, усадки та чутливості до сушіння.

Хімічний склад глин виражається вмістом та співвідношенням різних оксидів.

Присутність оксидів заліза знижує вогнетривкість глин, тонкодисперсного вапняку надає світлого забарвлення і знижує вогнетривкість глин, а каменеподібні включення його є причинами появи "дутикон" та тріщин у керамічних виробах.

Оксиди лужних металів є сильними плавнями, сприяють підвищенню усадки, ущільненню черепка та підвищенню його міцності. Наявність у глинистій сировині розчинних солей сульфатів та хлоридів натрію, кальцію, магнію та заліза викликає появу білих вицвітів на поверхні виробів.

Для виготовлення окремих видів вогнетривких теплоізоляційних виробів застосовують глинисту сировину з трепелів та діатомітів, що складаються в основному з аморфного кремнезему, а для виробництва легких заповнювачів використовують перліт, пемзу, вермикуліт.

В даний час природні глини у чистому вигляді рідко є кондиційною сировиною для виробництва керамічних виробів. У зв'язку з цим їх застосовують із запровадженням добавок різного призначення.

Добавки до глини

Заохочуючі добавки. Їх вводять у пластичні глини дні зменшення усадки при сушінні та випаленні та запобігання деформаціям та тріщинам у виробах. До них відносяться: дегідратована глина, шамот, шлаки, золи, кварцовий пісок.

Пороутворюючі добавки. Їх вводять для підвищення пористості черепка та покращення теплоізоляційних властивостей керамічних виробів. До них відносяться: тирсу, вугільний порошок, торф'яний пил. Ці добавки є одночасно і отощуючими.

Плавні. Їх вводять із метою зниження температури випалу керамічних виробів. До них відносяться: польові пшати, залізняк, доломіт, магнезит, тальк, пісковик, пегматит, склобій, перліт.

Пластифікуючі добавки. Їх вводять з метою підвищення пластичності сировинних сумішей за меншої витрати води. До них відносяться високопластичні глини, бентоніти, поверхнево-активні речовини.

Спеціальні добавки. Для підвищення кислотостійкості керамічних виробів до сировинних сумішей додають піщані суміші, зачинені рідким склом. Для отримання деяких видів кольорової кераміки в сировинну суміш додають оксиди металів (заліза, кобальту, хрому, титану та ін.).

Глазурі та ангоби

Деякі види керамічних виробів підвищення санітарно-гігієнічних властивостей, водонепроникності, поліпшення зовнішнього вигляду покривають декоративним шаром - глазур'ю чи ангобом.

Глазур- склоподібне покриття товщиною 0,1-0,2 мм, нанесене на виріб та закріплене випалом. Глазурі можуть бути прозорими та глухими (непрозорими) різного кольору.

Для виготовлення глазурі використовують: кварцовий пісок, каолін, польовий шпат, солі лужних та лужноземельних металів. Сировинні суміші розмелюють на порошок і наносять на поверхню виробів у вигляді порошку або суспензії перед випалом.

Ангобомназивається нанесений на виріб тонкий шар білого кольору або кольорової глини, що утворює кольорове покриття з матовою поверхнею. За властивостями ангоб має бути близьким до основного черепка.

3. Схема виробництва керамічних виробів

При всьому різноманітті керамічних виробів за властивостями, формами, призначенням, видом сировини та технологією виготовлення основні етапи виробництва керамічних виробів є загальними та складаються з наступних операцій: видобуток сировинних матеріалів, підготовка маси, формування виробів, їх сушіння та випал.

Видобуток глини здійснюється на кар'єрах зазвичай відкритим способом екскаваторами та транспортується на підприємство керамічних виробів рейковим, автомобільним або іншим видом транспорту.

Розробці кар'єра передують підготовчі роботи: геологічна розвідка із встановленням характеру залягання, корисної товщі та запасів глин; очищення поверхні рослин за рік-два до початку розробки, видалення порід, непридатних для виробництва.

Підготовка глин та формування виробів

Кар'єрна глина у природному стані зазвичай непридатна для отримання керамічних виробів. Тому проводиться її обробка з підготовки маси.

Підготовку глин доцільно вести поєднанням природної та механічної обробки.

Природна обробка передбачає вилежування попередньо видобутої глини протягом 1-2 років при періодичному зволоженні атмосферними опадами або штучному замочуванні та періодичному заморожуванні та відтаванні.

Механічна обробка глин проводиться з метою подальшого руйнування їх природної структури, видалення або подрібнення великих включень, видалення шкідливих домішок, подрібнення глин і добавок і перемішування всіх компонентів до отримання однорідної та зручноформованої маси з використанням спеціалізованих машин (глинорозпушувачів; і тонкого помелу вальців, бігунів, глинорозтиральних машин, корзинчастих дезінтеграторів, роторних та кульових млинів, одно- та двовальних глиномішалок, пропелерних мішалок та ін.).

Залежно від виду продукції, виду і властивостей сировини масу готують пластичним, жорстким, напівсухим, сухим і шлікерним способами. Спосіб приготування маси визначає спосіб формування і назву в цілому способу виробництва

При пластичному способі підготовки маси та формування вихідні матеріали при природній вологості або заздалегідь висушені змішують з добавками води до отримання тесту з вологістю від 18 до 28%.

Цей спосіб виробництва керамічних будівельних матеріалів є найпростішим, найменш металоємним і тому найпоширенішим.

Він застосовується у випадках використання середньопластичних та помірно-пластичних, пухких та вологих глин з помірним вмістом сторонніх включень, що добре розмокають і перетворюються на однорідну масу.

Технологічна схемавиробництва керамічної цегли:

1 – кар'єр глини; 2 – екскаватор; 3 - глинозапасник; 4 – вагонетка; 5 - ящиковий подавець; 6 – добавки; 7 – бігуни; 8 – вальці; 9-стрічковий прес; 10 - різак; 11 - укладальник; 12 - візок; 13 - сушильні камери; 14 - тунельна піч; 15 - самохідний візок; 16 - склад

Набір та різновиди машин для підготовки маси можуть відрізнятися від наведених на рис.1 залежно від властивостей сировини та добавок.

Однак формування при пластичному способі завжди проводиться на машині одного принципу дії - стрічковому пресі шнековом з вакуумуванням і підігрівом або без них.

Вакуумування та підігрів маси при пресуванні дозволяє покращити її формувальні властивості, збільшити міцність обоженого виробу до 2-х разів.

У корпусі преса обертається шнек-вал із гвинтовими лопатями. Глиняна маса переміщається за допомогою шнека до перехідної голівки, що звужується, ущільнюється і видавлюється через мундштук у вигляді безперервного бруса або стрічки, або труби під тиском 1,6-7 МПа.

Стрічковий вакуумний прес:

1 – шнековий вал; 2 – пресова головка; 3 – мундштук; 4 – глиняний брус; 5 - крильчатка; 6 – вакуум-камера; 7 - грати; 8 - глином'ялка

Продуктивність сучасних стрічкових пресів із виробництва цегли досягає 10000 штук на годину.

Жорсткий Метод формування є різновидом сучасного розвитку пластичного методу.

Вологість форми, що формується при цьому способі коливається від 13% до 18%. Формування здійснюється на потужних вакуумних шнекових чи гідравлічних пресах. Вакуум-прес італійської фірми "Бонджені", наприклад, створює тиск пресування до 20 МПа.

У зв'язку з тим, що "жорстке" формування здійснюється при відносно високих 10-20 МПа тисках, можуть бути використані менш пластичні і з низькою природною вологістю глини.

При цьому способі потрібні менші енергетичні витрати на сушіння, а отримання виробу сирця з підвищеною міцністю дозволяє уникнути деякі операції технології виробництва, обов'язкові при пластичному способі.

Формування при пластичному та жорсткому способах завершується розрізанням безперервної стрічки відформованої маси на окремі вироби на різальних пристроях.

Ці способи формування найбільш поширені при випуску: суцільних та порожнистих цегли, каменів, блоків та панелей; черепиці тощо.

НапівсухийспосібВиробництво будівельних керамічних виробів поширений менше, ніж спосіб пластичного формування. Керамічні вироби за цим способом формують із шихти з вологістю 8-12% при тисках 15-40 МПа.

Недолік способу в тому, що його металомісткість майже в 3 рази вища, ніж пластична.

Але водночас має і переваги.

Тривалість виробничого циклу скорочується майже 2 разу; вироби мають більш правильну форму та більш точні розміри; до 30% скорочується витрата палива; у виробництві можна використовувати малопластичні тонкі глини з великою кількістю добавок відходів виробництва - золи, шлаків та ін.

Сировинна маса є порошком, який повинен мати близько 50% частинок менше 1 мм і 50% розміром 1-3 мм.

Пресування виробів проводиться у прессформах одне чи кілька окремих виробів на гідравлічних чи механічних пресах. За цим методом робляться всі види виробів, які виготовляються і пластичним методом.

Сухийспосібє різновидом сучасного розвитку напівсухого виробництва керамічних виробів. Прес-порошок при цьому способі готується з вологістю 2-6%.

При цьому повністю усувається необхідність операції сушіння. Таким способом виготовляють щільні керамічні вироби-плитки для підлоги, дорожню цеглу, матеріали з фаянсу та порцеляни.

Шлікернийспосібзастосовується, коли вироби виготовляються з багатокомпонентної маси, що складається з неоднорідних глин і добавок, що важко спікаються, і коли потрібно підготувати масу для виготовлення керамічних виробів складної форми методом лиття.

Виливка виробів виготовляється з маси з вмістом води до 40%. Цим способом виготовляються санітарно-технічні вироби, облицювальні плитки.

Сушіння виробів

Перед випалюванням виробу повинні бути висушені до вмісту вологи 5-6%, щоб уникнути нерівномірної усадки, викривлень і розтріскування при випаленні.

Перш сирець сушили переважно в природних умовах в сушильних сараях протягом 2-3 тижнів залежно від кліматичних умов.

В даний час сушіння виробляється переважно штучна в тунельних безперервної дії або камерних періодичної дії сушилах протягом від декількох до 72-х годин в залежності від властивостей сировини та вологості сирцю

Сушіння проводиться при початковій температурі теплоносія - газів, що відходять від випалювальних печей або підігрітого повітря -120-150 °С.

Випалення виробів

Випалення- найважливіший та завершальний процес у виробництві керамічних виробів. Цей процес можна розділити на три періоди: прогрівання сирцю, власне випал і регульоване охолодження.

При нагріванні сирцю до 120 °С видаляється фізично пов'язана вода і керамічна маса стає непластичною. Але якщо додати воду, пластичні властивості маси зберігаються.

У температурному інтервалі від 450 до 600 °С відбувається відділення хімічно зв'язаної води, руйнування глинистих мінералів і глина переходить в аморфний стан.

При цьому і при подальшому підвищенні температури вигоряють органічні домішки та добавки, а керамічна маса безповоротно втрачає свої пластичні властивості.

При 800 °С починається підвищення міцності виробів завдяки протіканню реакцій у твердій фазі на межах поверхонь частинок компонентів.

У процесі нагрівання до 1000 °С можливе утворення нових кристалічних силікатів, наприклад силіманіту, а при нагріванні до 1200 °С і муліта.

Одночасно з цим легкоплавкі сполуки керамічної маси і мінерали плавні створюють деяку кількість розплаву, який обволікає частинки, що не розплавилися, стягує їх, приводячи до ущільнення і усадки маси в цілому.

Ця усадка називаєтьсявогневою усадкою.

Залежно від виду глин вона становить від 2 до 8%. Після охолодження виріб набуває каменеподібного стану, водостійкості та міцності. Властивість глин ущільнюватися при випаленні та утворювати камнеподібний черепок називаєтьсяспікання глин.

Залежно від призначення випалювання виробів ведеться до різного ступеня спікання. Спеклим вважається черепок із водопоглинанням менше 5%. Більшість будівельних виробів обпалюється до отримання черепка з неповним спіканням у певному температурному інтервалі від температури вогнетривкості до початку спікання, що називаєтьсяінтервалом спікання .

Інтервал спіканнядля легкоплавких глин становить 50-100 °С, а вогнетривких до 400 °С. Чим ширший інтервал спікання, тим менша небезпека деформацій та розтріскування виробів при випаленні.

Інтервал температур випалу лежить у межах: від 900 ° С до 1100 ° С для цегли, каменю, керамзиту; від 1100 ° С до 1300 ° С для клінкерної цегли, плиток для підлоги, гончарних виробів, фаянсу; від 1300 ° С до 1450 ° С для фарфорових виробів; від 1300 ° С до 1800 ° С для вогнетривкої кераміки.

4. Структура та властивості керамічних виробів

Керамічні матеріали являють собою композиційні матеріали, в яких матриця або безперервна фаза представлена ​​остиглим розплавом, а дисперсна фаза представлена ​​нерозплавленими частинками глинистих, пилоподібних і піщаних фракцій, а також порами і порожнинами, заповненими повітрям.

Матеріал матриці у свою чергу є мікрокомпозиційним матеріалом, що складається з матриці - безперервної склоподібної фази застиглого розплаву і дисперсної фази - кристалічних зерен силіманіту, мулліту, кремнезему різних фракцій та інших речовин, що кристалізуються при охолодженні (в основному алюмосилікатів).

Склоподібна, аморфна фаза (переохолоджена рідина) представлена ​​в мікроструктурі легкоплавкими компонентами, які не встигли викристалізуватися при заданій швидкості охолодження розплаву.

Справжня густина керамічних матеріалів 2,5 - 2,7 г/см; щільність 2000 – 2300 кг/м; теплопровідність абсолютно щільного черепка 1,16 В/(м °С). Теплоємність керамічних матеріалів 0,75 – 0,92 кДж/(кг °С).

Межа міцності при стисканні керамічних виробів змінюється від 0,05 до 1000 МПа.

Водопоглинання керамічних матеріалів залежно від пористості змінюється від 0 до 70%.

Керамічні матеріали мають марки з морозостійкості: 15; 25; 35; 50; 75 та 100.

5. Стінові вироби

До групи стінових виробів відносяться: цегла керамічна звичайна, ефективні керамічні матеріали (цегла пустотіла, пористо-пустотіла, легка, пустотілі камені, блоки і плити), а також великорозмірні блоки та панелі з цегли та керамічного каміння.

Керамічна цегла та каміння

Керамічні цеглини та каміння виготовляють з легкоплавких глин з добавками або без них і застосовуються для кладки зовнішніх та внутрішніх стін та інших елементів будівель та споруд, а також для виготовлення стінових панелей та блоків.

Залежно від розмірів цегла та каміння поділяються на види:
- звичайний;
- потовщений;
- модульний;
- камінь звичайний;
- укрупнений;
- модульний;
- з горизонтальним розташуванням порожнин.

Типи керамічної цегли та каменю

Цегла: а) звичайна; б) потовщений; в) модульний. Камінь: г) звичайний; д) укрупнений; е) модульний; ж), з) з горизонтальним розташуванням порожнин

Цегла може бути повнотілою і порожнистою, а камені тільки порожнистими. Потовщена і модульна цегла повинна бути також тільки з круглими або щілинними порожнинами, щоб маса однієї цегли не перевищувала 4 кг.

Поверхня граней може бути гладкою та рифленою.

Цегла і камінь має бути нормально обпалена, так як недопал (червоний колір) має недостатню міцність, малу водостійкість і морозостійкість, а перепалена цегла (залізняк) відрізняється підвищеною щільністю, теплопровідністю і, як правило, має спотворену форму.

Допускається виготовлення цегли та каміння із закругленими кутами з радіусом закруглення до 15 мм. Розмір циліндричних наскрізних порожнин по найменшому діаметру повинен бути не менше 16 мм, ширина щілинних порожнин не більше 12 мм. Діаметр ненаскрізних порожнин не обмежується.

Товщина зовнішніх стінок цегли та каміння має бути не менше 12 мм. На вигляд цегла і камінь повинні задовольняти певним вимогам.

Це встановлюється шляхом огляду та обміру певної кількості цегли від кожної партії (0,5%, але не менше 100 шт.) за відхиленнями від встановлених розмірів, непрямолинійності ребер та граней, відбитості кутів та ребер, наявності наскрізних тріщин, що проходять ліжком цегли.

Загальна кількість виробів з відхиленнями, вищими за допустимі, повинна бути не більше 5%.

Марка цегли в залежності від меж міцності при стисканні та згинанні

Морозостійкість цегли та каміння 15, 25, 35 та 50. Водопоглинання для повнотілої цегли повинно бути для марок до 150 не менше 8%, а для повнотілої цегли більш високих марок та порожнистих виробів не менше 6%.

За щільністю в сухому стані цегла та каміння поділяються на 3 групи:
- прості - з щільністю понад 1600 кг/м;
- умовно-ефективні - із щільністю понад 1400-1600 кг/м;
- Ефективні - з щільністю не більше 1400-1450 кг/м.

До ефективних стінових матеріалів відносяться також пористі суцільні та пустотілі цеглини та каміння, що виготовляються з діатомітів і трепелів і мають щільність: клас А - 700-1000 кг/м, клас Б - 1001-1300 кг/м, клас В > 1301 кг/м .

Застосування ефективних стінових керамічних матеріалів дозволяє зменшити товщину зовнішніх стін, знизити матеріаломісткість конструкцій, що захищають до 40%, скоротити транспортні витрати і навантаження на основу.

У різних країнах випускаються стінові матеріали, що відрізняються між собою, як за номенклатурою, так і за типорозмірами і марками. Так, марка цегли, що випускається за кордоном, становить 125-600, причому основна маса цегли виробляється з маркою 400

У Німеччині, наприклад, стандарт "Стінова цегла" передбачає виробництво: звичайних повнотілих і пустотілих цегли та каміння 14-ти типів з розмірами 240x115x52-490x300x238 марок від М40 до М280 і щільністю 1200-2 легких пустотілих цеглин та каміння 13-ти типорозмірів марок від М20 до М280 та щільністю 600-1000 кг/м(3); високоміцної цегли та каміння марок М360, М480 та М600: для внутрішніх стін та перегородок - пустотілої цегли, каміння та плит з розмірами 330x175x40-945x320x115.

У закордонній практиці відоме виробництво цегли пазогребневої конструкції для безрозчинної кладки, великорозмірних керамічних стінових елементів, звукоізоляційної цегли та інших стінових виробів.

Панелі та блоки стінові з цегли та керамічного каміння

Панелі та блоки стінові з цегли та керамічного каміння виготовляють для підвищення індустріальності будівництва.

Їх виготовляють зазвичай у горизонтальному положенні в металевій формі з матрицею, що має осередки для фіксації положення кожної цегли та каменю і забезпечує розшивку швів з лицьового боку виробу або з матрицею зі спеціальним малюнком оздоблювального шару.

Вони виготовляються три-, дво-, і одношарові довжиною на один або два планувальні кроки і висотою на 1 і 2 поверхи, товщина панелей для внутрішніх стін і перегородок 80, 140, 180 і 280 мм.

Одношарові панелі виготовляються з керамічного каміння. Двошарова панель складається з одного шару в 1/2 цегли та шару утеплювача завтовшки до 100 мм.

Тришарова панель складається з двох цегляних зовнішніх шарів, кожен завтовшки 65 мм, і шару утеплювача завтовшки 100 мм між ними. Для забезпечення міцності панелі при транспортуванні та монтажі їх армують сталевими каркасами із дроту по периметру панелі та отворів.

6. Облицювальні вироби

Керамічні облицювальні вироби застосовуються для зовнішнього та внутрішнього облицювання конструкції будівель та споруд не тільки з метою декоративно-художнього оздоблення, а й підвищення їх довговічності.

Керамічні вироби для зовнішнього облицювання будівель

Керамічні вироби для зовнішнього облицювання будівель поділяють на цеглу та камені лицьові, крупнорозмірні плити, керамічні плитки фасадні та килими з них.

Цегла і лицьові камені є не тільки облицювальними виробами. Вони укладаються разом з кладкою стіни і одночасно служать конструктивним несучим елементом разом із звичайною цеглою.

Лицьова цегла і каміння випускаються тих же розмірів і форм, що і звичайні, і відрізняються від останніх більш високою їх щільністю та однорідністю кольору. Виробляються за міцністю марок 75, 100, 125 та 150, а за морозостійкістю не менше 25

Регулюючи склад сировини та режим випалу отримують від білого, кремового до світло-червоного та коричневого кольорів.

За відсутності високоякісної сировини виготовляються з лицьовою офактуреною поверхнею: ангобуванням, двошаровим формуванням, глазуруванням і торкретуванням кольоровою мінеральною крихтою.

Двошарові вироби виготовляють формуванням з двох мас: основної частини - місцевих червонопалюються глин і лицьового шару товщиною 3-5 мм з пофарбованих або незабарвлених глин.

Застосовується і рельєфне офактурювання, яке здійснюється шляхом обробки ще вологих сирцевих виробів спеціальними металевими йоржами, гребінками, рифленими валиками. Для будівель, що зводяться з цегли, лицьова цегла є найбільш економічним видом облицювання будівель.

Крупнорозмірні облицювальні керамічні плити типу "плінк" універсального призначення випускаються глазуровані та неглазуровані з гладкою, шорсткою або рифленою, одно- або багатобарвною поверхнею.

Плити мають водопоглинання менше 1% та морозостійкість 50 циклів і більше. Виготовляються квадратної або прямокутної форми довжиною 490, 990, 1190 мм, шириною 490 та 990 мм та товщиною 9-10 мм.

Застосовуються для облицювання фасадів та цоколів будівель, підземних переходів.

Плитки керамічні фасадні та килими з них випускаються методом пластичного та напівсухого пресування.

Застосовуються для облицювання зовнішніх стін цегляних будівель, зовнішніх поверхонь залізобетонних панелей стінових, цоколів, підземних переходів та оформлення інших елементів будівель.

Плитки випускаються глазуровані та неглазуровані, рядові та спеціального призначення з гладкою та рельєфною поверхнею 26-ти типів з розмірами від 292x192x9 мм до 21x21x4 мм.

Стандартом допускається випуск плиток та інших типорозмірів. Водопоглинання рядових плиток 7-10%, а спеціальних - трохи більше 5%.

Морозостійкість має бути для рядових плиток не менше 35 циклів, а спеціальних не менше 50 циклів.

Плитки можуть поставлятися у килимах. Заводи випускають килими з наклейкою плиткою їх лицьовою стороною на крафт-папір.

Керамічні плитки для внутрішнього облицювання

Плитки керамічні для внутрішнього облицювання поділяються на дві групи - для облицювання стін та покриття підлог. Ці вироби не піддаються в умовах експлуатації впливу негативних температур, тому вимоги до морозостійкості до них не пред'являються.

Плитки для облицювання стін застосовуються двох видів.майоліковіі фаянсові. Фаянсові плитки виготовляються з сировинної суміші каоліну, польового шпату і кварцового піску, а майолікові з червонопалих глин з подальшим покриттям глазур'ю.

Плитки класифікують: за характером поверхні – на плоскі рельєфно-орнаментовані, фактурні; по виду глазурного покриття - прозорі та глухі, блискучі та матові одноколірні та декоровані багатобарвними малюнками.

За формою, призначенням та характером кромок плитки виробляються наступні види.: квадратні, прямокутні, фасонні кутові, фасонні карнизні прямі, для обробки зовнішніх та внутрішніх кутів; фасонні плінтусні - прямі, для обробки зовнішніх і внутрішніх кутів.

Типи керамічних плиток для внутрішнього оздоблення:

1-5 – квадратні; 6-10 – прямокутні; 11, 12 - фасонні кутові; 13-16 - фасонні карнизні; 17-20-фасонні плінтусні

Розміри плиток для внутрішнього оздоблення (150200) х (50200) х (58) мм.

Водопоглинання плиток для внутрішнього оздоблення до 16%, межа міцності при згинанні - 12 МПа.

Плитки повинні витримувати перепади температур від 125±5 до 15-20 °С без появи дефектів.

Плитки керамічні для підлог-метлахські (н назва відбулася від міста Меttlach в Німеччині, де ще в середні віки було налагоджено їх виробництво)виробляються з тугоплавких та вогнетривких глин з добавками і без них

Їх застосовують для настилання подів у будинках, до чистоти яких висуваються високі вимоги, де можливі впливи жирів та інших хімічних реагентів, інтенсивний рух, а також у випадках, коли матеріал для підлоги служить і декоративним елементом в архітектурному оформленні приміщення.

При виробництві плитки обпалюються до спікання, внаслідок чого водопоглинання мають не більше 4% і високу зносостійкість.

Плитки можуть бути квадратними, прямокутними, чотири-, п'яти-, шести-і восьмигранними.

Розміри плиток 16-ти типів (2004) х (17349) х (1013) мм.

По вигляду лицьової поверхні плитки випускаються гладкими, з рельєфом і тисненням: одноколірні та багатобарвні, матові та глазуровані, з малюнками та без них.

Випускаються і великорозмірні універсальні керамічні плитки розмірами (1200500)х500 мм, які застосовуються для облицювання та стін та підлог.

Типи керамічних плиток для підлоги:

1 – квадратна; 2 – прямокутна; 3 – трикутна; 4 – шестигранна; 5 – чотиригранна; 6 – п'ятигранна; 7 – шестигранна; 8, 9 - фігурні

Для влаштування підлог застосовують і мозаїчні плитки квадратної або прямокутної форми розміром 23 і 48 мм при товщині 6-8 мм, зібрані в килими на крафт-папері розміром 398x598 мм.

Світовим лідером у виробництві керамічної плитки є Італія, яка виготовляє їх близько 30% світового виробництва.

7. Керамічні вироби для покрівлі та перекриттів

Найбільше застосування керамічні вироби для покрівлі та черепиці знайшли у західноєвропейських країнах, у деяких із них покрівля до 100% житлових будівель вирішується за рахунок застосування черепиці.

Черепиця, маючи довговічність до 300 років, за цим показником значно перевищує будь-які інші покрівельні матеріали, а за текстурними якостями і вартістю не поступається їм.

До недоліків черепиці належать необхідність великого ухилу (не менше 30%) покрівлі та значна вага покрівлі, що потребує особливої ​​міцності конструкції крокв, та висока трудомісткість покрівельних робіт.

Однак висока довговічність, вогнестійкість, стійкість до атмосферних впливів та поширеність сировини роблять керамічну черепицю одним із найефективніших покрівельних матеріалів.

Відома черепиця різних типів. За призначенням черепицю поділяють на: рядову, конькову, розжолобкову, кінцеву для замикання рядів та черепицю спеціального призначення. Черепиця виготовляється з легкоплавких глин.

Різновиди керамічної черепиці:

а) пазова штампована; б) пазова стрічкова; в) плоска стрічкова; г) конькова; д) голландська; е) жолобчаста; ж) татарська

Черепиця при монтажі укладається один на одного і в зв'язку з цим корисна площа становить відповідно у плоскій - 50%, у штампованої та стрічкової пазової - 75-85%.

При випробуванні черепиця повинна витримувати не менше 70 кг на відстані між опорами у плоскій - 180 мм, у стрічкової пазової та штампованої - 300 мм. Вага штампованої та стрічкової пазової, покладеної в покрівлю та насиченою водою, має бути не більше 50 кг/м, а плоскою – не більше 65 кг/м.

Морозостійкість черепиці має бути не менше 25 циклів.

Камені та плити для перекриттів

Перекриття з порожнистих каменів і плит вогнестійкі, довговічні, мають хороші тепло-і звукоізоляційні властивості.

Для їх пристрою потрібна невелика витрата цементу і сталі і не потрібне додаткове засипання.

Камені керамічні для перекриттів за призначенням поділяються на: збірні елементи настилів, часторебристі збірні або монолітні перекриття, накати (заповнення між балками). Порожнеча керамічного каміння для перекриттів 50-75%.

Керамічні камені для перекриттів:

а) несучі; б) несучі

8. Санітарно-технічні керамічні вироби та труби

Вироби санітарні керамічні- умивальники, унітази, зливні бачки, біде, пісуари, раковини та інші аналогічні вироби виготовляються з фарфорових, напівпорцелянових, фаянсових та шамотованих мас, які одержують з однакових матеріалів.

Типові склади мас для виробництва санітарно-технічних виробів (% за масою)

Фізико-механічні властивості санітарно-технічної кераміки

Труби керамічні каналізаційні застосовують для будівництва безнапірних мереж каналізації, що транспортують промислові, побутові, дощові, агресивні та не агресивні води.

Труби виготовляються з пластичних тугоплавких та вогнетривких глин, циліндричної форми довжиною 1000-1500 мм із внутрішнім діаметром 150-600 мм.

На одному кінці є розтруб для з'єднання окремих ланок трубопроводу.

Водопоглинання труб має бути не більше 8%, а кислотостійкість не нижче 93%.

Труби повинні бути водонепроникними та витримувати внутрішній тиск не менше 0,15 МПа.

Труби керамічні дренажні виготовляються з глини з добавками і без них і застосовуються в меліоративному будівництві для влаштування закритого дренажу із захистом стиків матеріалами, що фільтрують.

Труби виробляються з циліндричною, шести-і восьмигранною поверхнею з внутрішнім діаметром 50-250 мм та довжиною 333 мм.

Морозостійкість їх не менше 15 циклів, а руйнівне зовнішнє навантаження від 3,5 до 5,0 кН залежно від діаметра.

Зовнішня поверхня труб покривається глазур'ю. Вода в труби надходить через круглі або щілинні отвори в стиках, а також через стики труб.

9. Спеціальні керамічні вироби

До спеціальних керамічних виробів належать цегла для димових труб, клінкерна цегла та кислототривкі вироби.

Цегла для димових трубзастосовується для кладки димових труб та обмуровування промислових труб у разі, якщо температура нагрівання їх димовими газами не перевищує 700 °С.

Цегла виготовляється марок від 125 до 300.

Розміри цегли: довжина 120 та 250 мм, ширина 120 або 250 мм, товщина 65 або 88 мм.

Цегла буває прямокутна або клиноподібна.

Меншу довжину клиноподібної цегли приймають 70, 100, 200 та 225 мм. Водопоглинання цегли має бути не менше 6%, а морозостійкість 25, 35 та 50.

Клінкерна цеглаотримують випалом глин до повного спікання, але без заскління поверхні, тому він відрізняється від звичайного високими міцністю і морозостійкістю.

Розмір цегли 220x110x65 мм.

Відповідно до межі міцності при стисканні його поділяють на 3 марки - 1000, 700 та 400, морозостійкість яких відповідно - 100-50 циклів, а водопоглинання - відповідно не більше 2-6%.

Клінкерну цеглу називають і дорожньою і застосовується вона для покриття доріг і бруківок, обмуровки каналізаційних колекторів та облицювання набережних.

Застосовується він і в хімічній промисловості, як кислотостійкий матеріал.

Кислототривка цегла застосовується для захисту апаратів і будівельних конструкцій, що працюють в умовах кислих агресивних середовищ, і при футеруванні димових труб, які служать для відведення димових газів, що містять агресивні середовища.

Цегла виготовляється вищої та першої категорії якості трьох класів А, Б і В та чотирьох форм: пряма, клинова (торцева та реброва), радіальна (поперечна та поздовжня) та фасонна (слізник).

Розміри цегли 230x113x65 та 230x113x55 мм.

Властивості цегли мають такі значення: кислотостійкість – (98,5-96)%; міцність при стисканні (60-35) МПа; термічна стійкість (5-25) теплозмін.

Кислотоупорні плитки застосовуються для футерування обладнання та захисту будівельних конструкцій та споруд, що експлуатуються в умовах впливу агресивних середовищ.

Плитки виробляються вищого та першого сортів 6-ти марок: кислотоупорні фарфорові - КФ, термокислотоупорні дунітові - ТКД, термокислотоупорні для гідролізної промисловості - ТКГ, кислотоупорні для будівельних конструкцій - КС, кислотоупорні шамотні - КШ та термокислотоупорні шамотні - ТКШ.

За формою плитки бувають:
- Квадратні плоскі;
- Квадратні радіальні;
- Прямокутні;
- Клинові;
- спарені.

З одного боку плитки мають ребристу поверхню, що забезпечує краще зчеплення з конструкцією, що футерується.

Розміри плиток змінюються в межах: довжина та ширина 50-200 мм, товщина 15-50 мм.

Значення властивостей плиток залежно від сорту та марок коливаються в межах: водопоглинання – (0,4-8) %; кислотостійкість – (97-99)%; межа міцності при стисканні - (10-150) МПа, а при згинанні - (10-40) МПа; термічна стійкість 2-10 теплозмін; морозостійкість-15-20 циклів.

Глина вважається основою гончарного справи. Змішана з водою, вона створює тістоподібну масу, придатну для подальшої обробки. Сировина природного походження має відмінності в залежності від місць освіти. Один вид можна використовувати в чистому вигляді, інші вимагають просіювання та змішування. У результаті виходить глина для кераміки – матеріал, цілком придатний виготовлення різних виробів.

Структурно глина складається з дрібних кристалів, що формують глиноутворюючий силікатний мінерал – каолініт. До складу глини для кераміки входять вода, оксиди кремнію та алюмінію.

Червона глина

У природі така глина для виготовлення керамічних виробів відрізняється зеленувато-коричневим відтінком, що надається оксидом заліза, частку якого припадає від п'яти до восьми відсотків від загальної кількості. В процесі термічної обробкив залежності від температурного режиму або типу печі глина стає червоного або білуватого кольору. Матеріал легко розминається, витримує нагрівання до 1100 градусів. Сировина відрізняється великою еластичністю, відмінно підходить для моделювання невеликих скульптур або роботи з глиняними пластинами.

Біла кераміка

Родовища такого виду зустрічаються скрізь. При достатній зволоженості глина світло-сіра, процес обжина надає їй білого відтінку або кольору слонової кістки. Основні якості матеріалу – еластичність та просвічуваність, оскільки у складі відсутня оксид заліза. Застосовується для виготовлення посуду, кахельної плитки, сантехніки, глиняних виробів.

Різновид сировини, що містить підвищену кількість білого глинозему - майолік. Обжин її виконується за низьких температур, після чого поверхня покривається глазур'ю, що містить олово. Кераміка з майоліки має другу назву - фаянсову, тому що вперше використовувати цей матеріал для виготовлення посуду сталі на заводі з виробництва фаянсових виробів.

Глина з пісковика

Цей матеріал особливо підходить для робіт на спеціальному верстаті з виготовлення гончарних виробів. У складі є суглинок та кремнеземні домішки. Друга назва сировини – «горщикова глина». Після випалу при температурі, що перевищує 1 000 градусів, глина стає більш щільною та повністю непроникною. Застосовують її для виробництва посуду та декоративних виробів. Колірні відтінки різноманітні - сірий, бежевий, слонова кістка, коричневий.

Глина для виробництва порцеляни

До складу цієї глини входять каолін, польовий шпат та кварц. При достатній зволоженості глина відрізняється світло-сірим відтінком, випал при температурному режимі 1300 – 1400 градусів робить її білою. Сировина відрізняється еластичністю, робота з таким матеріалом має на увазі великі технічні витрати, тому рекомендується користуватися готовими формами.

Вогнетривка глина

Такий вид глини відрізняється дуже цінними властивостями. Таку породу одержують за допомогою випалу каоліну (глини білої) під впливом температури не нижче 1000 градусів. Термічна обробка надає матеріалу додаткової термостійкості. Процес обробки теплом випарює з глиняного матеріалу рідину та різні домішки. У спеціальній печі глиняній породі надаються властивості міцності каменю, який потім подрібнюється, щоб одержати шамот. Сировина використовується у виробництві вогнетривкої цегли, для кладки печей та декоративних елементів.

Критерії вибору складу глини для роботи

Вибираючи керамічну глину, що підходить для роботи, необхідно брати до уваги велику кількість факторів:

• який спосіб роботи ви будете використовувати і що зрештою бажаєте отримати - скульптуру, декоративну прикрасу або функціональну річ. Якщо планується робота на гончарному колі або ручне ліплення, слід зупинятись на гончарному вигляді;
• визначте, який відтінок вам потрібний. Колір матеріалу залежить від його складових компонентів. Вибираючи відповідний варіант, рекомендується в обов'язковому порядку перевіряти пробники на температурний режим, при якому планується випалення, оскільки відтінок глини може після термічної обробки змінитись. Щоб зробити правильний вибір необхідно заздалегідь спланувати декорування виробу;
• перед вибором виду глини для кераміки слід визначитися, яку температуру ви поставите під час випалу. Є матеріали, які режим понад 1000 градусів не витримують і починають розплавлятися. Звідси випливає, що необхідно підбирати масу, яку можна обпалювати у вашій печі.

До того, як ви знайдете оптимальний варіант, доведеться перепробувати велику кількість видів глин від різних виробників. Досвідчений майстер вважає за краще працювати з кількома видами, призначеними під різноманітні завдання. Деякі досвідчені фахівці створюють відповідну глину своїми руками або вдосконалять готову сировину.

Етапи підготовки глини до роботи

Щоб глина стала придатною для виготовлення кераміки, їй доведеться пройти кілька етапів підготовки.

Просіювання

Для цього глину необхідно розкласти невеликими грудочками на настилі дерев'яного матеріалу, просушити під сонячними променями. У зимовий час матеріал добре висушується на морозі, якщо розкласти його під навісом і виключити попадання снігу. Підготовка глини в невеликих кількостях може виконуватись у теплому приміщенні біля печі або батарей опалення. Особливість швидкого висихання полягає в тому, що глина має бути поділена на невеликі шматочки.

Висохла сировина пересипається у дерев'яну скриньку з товстими стінами, розбивається трамбуванням. Пил, що вийшов, просівають через сито, видаляючи камінці, тріски, травинки і великі піщинки.

Для ліплення порошок замішується за принципом підготовки тіста для хліба вода підливається невеликими порціями, маса ретельно вимішується. Деяку частину глиняного порошку зберігають у сухому стані, якщо потрібно надати масі густоти, а часу для просушування або випарювання вже немає. В цьому випадку порошок досипається у глиняну масу, вимішування виконується повторно.

Відмучування

На цьому етапі глину очищають, вона набуває пластичності та жирності. Такій процедурі найчастіше піддається низькопластична глиняна сировина, що містить велику кількість піску. Для відмучування потрібен високий посуд, наприклад – цебро.

Частина глини заливається трьома частками води, залишається на ніч. Вранці вміст ретельно розмішується, щоб вийшов однорідний розчин, який залишають до повного відстоювання. Коли зверху вода світлішає, її акуратно зливають за допомогою шланга.

Для подібної процедури є зручніший спосіб, придуманий древніми майстрами. Для цього використовують дерев'яну діжку, в якій на певному рівні влаштовані отвори, що попередньо закриті пробками.

При відстоюванні глиняного розчину насамперед дна досягають камінчики і важкі крупники піску, що у його складі, потім починає осідати глина. Освітлену воду поступово зливають через отвори, виймаючи з них пробки по черзі, доки вся рідина не стіче.

Для прискорення процесу осідання до глиняного розчину додають англійську сіль (щіпку на відро).

Після того, як вода злита, рідку глину вичерпують, намагаючись не зачепити нижній шар осаду. Розчин переливається в таз або широку шухляду, виставляється на сонці, щоб з нього швидко випарувалася волога. Коли глина почне підсихати, рекомендується періодично перемішувати дерев'яною лопаткою. Матеріал, що нагадує густе тісто і не липне до рук, накривається поліетиленом і зберігається до застосування.

Перебивання

Процедура застосовується перед ліпленням, щоб видалити з глини повітряні бульбашки та покращити однорідність. Перебивання вважається незамінним, коли глина на початкових етапах погано очистилася та містить дрібні домішки.

Обробка починається з процесу скочування колобка, який потім із силою кидають на верстат. Заготівля трохи сплющується, набуває форми короваю. Гончарною струною його розрізають на дві частини, верхню половину зрізом знову сильно кидають на стіл, так само роблять з другою частиною, не перевертаючи її. Половинки, що склеїться, знову розрізаються, і процедура кидків виконується повторно.

Різкою знищуються порожні ділянки, виштовхуються повітряні бульбашки. Від кількості розрізів залежить стан однорідності сировини. При такій обробці можна скористатися теслярським стругом або великим ножем.

Далі глиняна грудка ущільнюється, притискається до поверхні столу, з нього зрізаються тонкі пластини. Усі сторонні домішки, які під лезо, відкидаються убік. У такій процедурі від тонкості пластин залежить чистота матеріалу та його однорідність. Закінчивши стругання, пластини глини знову збираються в єдиний ком і ущільнюються до монолітного стану. Процес пластування знову повторюється.

Перемін

Це заключний процес підготовки глини своїми руками виготовлення кераміки. Береться ком, розкочується у валик, згинається і обминається до початкового стану. Операції проміну повторюються кілька разів у зазначеній послідовності. У випадку, якщо матеріал сильний сухий, перед черговим зміною його рясно обдають водяними бризками.

Особливості зберігання

Якісний стан матеріалу визначається умовами його безпеки. Найбільш високі вимоги пред'являють якість глини, яка призначається виготовлення художніх керамічних виробів.

Сировина, що надходить на склад, затарюється в мішки і укладається на високі піддони, висота штабелів не повинна перевищувати двох метрів. Такі умови укладання необхідні для того, щоб запобігти забрудненню вихідної сировини. Кожен вид глини і партії матеріалу, що надійшли, повинні зберігатися окремо, щоб виключити їх перемішування.

Якщо немає можливості складувати глину в приміщенні, її складають на бетонних майданчиках.

При дотриманні всіх вимог до зберігання та підготовки глиняної сировини до роботи, можна отримати відмінний матеріал для виготовлення керамічних виробів.

Керамічні матеріали отримують з глиняних мас шляхом формування та подальшого випалу.При цьому часто має місце проміжна технологічна операція – сушіння свіжосформованих виробів, які називаються «сирцем».

За характером будови черепка розрізняють керамічні матеріали пористі (неспеклі) і щільні (спік). Пористі поглинають більше 5% води (за масою), в середньому їх водопоглинання становить 8 ... 20% по масі. Пористу структуру мають цегла, блоки, каміння, черепиця, дренажні труби та ін; щільну-плитки для підлоги, каналізаційні труби, санітарно-технічні вироби.

За призначенням керамічні матеріали та вироби ділять на такі види: стінові - цегла звичайна, цегла та каміння порожнисті та пористі, великі блоки та панелі з цегли та каміння; для перекриття - пустотілі камені, балки та панелі з пустотілих каменів; для зовнішнього облицювання - цегла та каміння керамічні лицьові, килимова кераміка, плитки керамічні фасадні; для внутрішнього облицювання іобладнання будівель - плити та плитки для стін та підлог, санітарно-технічні вироби; покрівельні -черепиця; труби - дренажні та каналізаційні.

Сировинні матеріали

Сировиною для виготовлення керамічних матеріалів є різні глинисті гірські породи. Для покращення технологічних властивостей глин, а також надання виробам певних і більш високих фізико-механічних властивостей до глини додають кварцовий пісок, шамот (подрібнена обпалена при температурі 1000...1400°С вогнетривка або тугоплавка глина), шлак, деревну опилку .

Глиняні матеріали утворилися внаслідок вивітрювання вивержених польовошпатових гірських порід. Процес вивітрювання гірської породи полягає в механічному руйнуванні та хімічному розкладанні. Механічне руйнування відбувається внаслідок впливу змінної температури та води. Хімічне розкладання відбувається, наприклад, при дії на польовий шпат води та вуглекислоти, у результаті утворюється мінерал каолініт.

Глиною називають землісті мінеральні маси або уламкові гірські породи, здатні з водою утворювати пластичне тісто, що по висиханні зберігає надану йому форму, а після випалу, що набуває твердості каменю. Найбільш чисті глини складаються переважно з каолініту та називаються каолінами. До складу глин входять різні оксиди (AI2O3, SiO 2 , Fe 2 O3, CaO, Na 2 O, MgO і K2O), вільна та хімічно зв'язана вода та органічні домішки.

Великий вплив на властивості глини мають домішки. Так, при підвищеному вмісті SiO 2 не пов'язаного з А1 2 Оз, в глинистих мінералах зменшується сполучна здатність глин, підвищується пористість обпалених виробів і знижується їх міцність. З'єднання заліза, будучи сильними плавнями, знижують вогнетривкість глини. Вуглекислий кальцій зменшує вогнетривкість та інтервал спікання, збільшує усадку при випаленні та пористість, що зменшує міцність та морозостійкість. Оксиди Na2О та К2О знижують температуру спікання глини.

Глини характеризуються пластичністю, зв'язковістю та сполучною здатністю, ставленням до сушіння ідо дії високих температур.

Пластичністю глини називають її властивість утворювати при замішуванні водою тісто, яке під дією зовнішніх зусиль здатне приймати задану форму без утворення розривів і тріщин і зберігати цю форму при наступному сушінні та випаленні.

Пластичність глини характеризують числом пластичності

П =W т - W р ,

де W т і W р - значення вологості, що відповідають межі плинності та межі розкочування глиняного джгута, %.

По пластичності глини поділяють на високопластичні (П>25), середньопластичні (П=15...25), помірнопластичні (П = 7... 15), малопластичні (П <7) та непластичні. Для виробництва керамічних виробів зазвичай застосовують помірнопластичні глини з числом пластичності П = 7... 15. Малопластичні глини погано формуються, а високопластичні розтріскуються при сушінні і вимагають отощі.

У виробництві випалювальних матеріалів поряд зглинами використовуються діатоміти, трепели, сланці та ін. Так, у виробництві легкої цегли та виробів застосовують діатоміти та трепели, а для отримання пористих заповнювачів - глини, що спучуються, перліт, вермикуліт.

На багатьох керамічних заводах відсутня сировина, придатна у природному вигляді для виготовлення відповідних виробів. Така сировина потребує введення добавок. Так, додаючи до пластичних глини отощаючі добавки до 6... 10% (пісок, шлак, шамот та ін), можна зменшити усадку глини при сушінні та випаленні. Великий вплив на сполучну здатність глин та їх усадку надають фракції менше 0,001 мм.

Чим більший вміст глинистих частинок, тим вища пластичність. Пластичність можна підвищити додаванням високопластичних глин, а також введенням поверхнево-активних речовин - сульфітно-дріжджової бражки (СДБ) та ін.

Глини, що містять підвищену кількість глинистих фракцій, мають більш високу зв'язність, і, навпаки, глини з невеликим вмістом глинистих частинок мають малу зв'язність. Зі збільшенням вмісту піщаних і пилоподібних фракцій знижується сполучна здатність глини. Ця властивість глини має велике значення для формування виробів. Сполучна здатність глини характеризується можливістю пов'язувати частинки непластичних матеріалів (піску, шамоту та ін.) та утворювати при висиханні досить міцний виріб заданої форми.

Усадкою називають зменшення лінійних розмірів та об'єму при сушінні зразка (повітряне усадження) та випаленні (вогневе усадка). Повітряна усадка відбувається при випаровуванні води із сирцю в процесі його сушіння. Для різних глин лінійна повітряна усадка коливається від 2...3 до 10...12% залежно від вмісту тонких фракцій. Вогнева усадка відбувається через те, що в процесі випалу легкоплавкі складові глини розплавляються і частки глини в місцях контакту їх зближуються. Вогнева усадка в залежності від складу глин буває 2...8%. Повне усадження дорівнює алгебраїчній сумі повітряної та вогневої усадок, вона коливається в межах 5...18%. Цю властивість глин враховують під час виготовлення виробів необхідних розмірів.

Характерною властивістю глин є їхня здатність перетворюватися при випаленні на каменеподібну масу. У початковий період підвищення температури починає випаровуватись механічно примішана вода, потім вигоряють органічні домішки, а при нагріванні до 550...800°З відбувається дегідратація глинистих мінералів і глина втрачає свою пластичність.

При подальшому підвищенні температури здійснюється випал - починає розплавлятися деяка легкоплавка складова частина глини, яка, розтікаючись, обволікає частинки глини, що не сплавилися, при охолодженні твердне і цементує їх. Так відбувається процес перетворення глини на каменеподібний стан. Часткове плавлення глини та дія сил поверхневого натягу розплавленої маси викликають зближення її частинок, відбувається скорочення обсягу – вогневе усадження.

Сукупність процесів усадки, ущільнення та зміцнення глини при випаленні називають спіканням глини.При подальшому підвищенні температури маса розм'якшується – настає плавлення глини.

На колір обпалених глин впливає головним чином вміст оксидів заліза, які фарбують керамічні вироби в червоний колір за наявності надлишку в печі кисню або темно-коричневий і навіть чорний при нестачі кисню. Оксиди титану викликають синювате забарвлення черепка. Для отримання білої цегли випал ведуть у відновному середовищі (за наявності вільних ЗІ та Ш у газах) та за певних температур, щоб оксид заліза перевести взакис.

Процеси відбуваються при випаленні та сушінні глин

схема виробництва керамічних виробів

Незважаючи на широкий асортимент керамічних виробів, різноманітність їх форм, фізико-механічних властивостей та видів сировинного матеріалу, основні етапи виробництва керамічних виробів є загальними та складаються з наступних операцій: видобутку сировинних матеріалів, підготовки сировинної маси, формування виробів (сирцю), сушіння сирцю, випалу виробів, обробки виробів (обрізання, глазурування та ін.) та пакування.

Видобуток сировини здійснюють на кар'єрах відкритим способом - екскаваторами.Транспортування сировини від кар'єру до заводу проводять автосамоскидами, вагонетками або транспортерами при невеликій віддаленості кар'єру від цеху формування. Заводи з виробництва керамічних матеріалів, як правило, будують поблизу родовища глини, і кар'єр є складовою заводу.

Підготовка сировинних матеріалів складається з руйнування природної структури глини, видалення або подрібнення великих включень, змішування глини з добавками та зволоження до отримання глиняної маси, що легко формується.

Формування керамічної маси в залежності від властивостей вихідної сировини і виду продукції здійснюють напівсухим, пластичним і шлікерним (мокрим) способами. При напівсухому способі виробництва глину спочатку дроблять і підсушують, потім подрібнюють і з вологістю 8...12% подають на формування. При пластичному способі формування глину дроблять, потім направляють у глинозмішувач (рис. 3.2), де вона перемішується з отощающими добавками до отримання однорідної пластичної маси вологістю 20...25%. Формування керамічних виробів при пластичному способі здійснюють переважно настрічкових пресів. При напівсухому способі глиняну масу формують на гідравлічних чи механічних пресах під тиском до 15 МПа та більше. за шлікерного способу вихідні матеріали подрібнюють та змішують з великою кількістю води (до 60%) до отримання однорідної маси - шлікеру. Залежно від способу формування шлікер використовують як безпосередньо для виробів, одержуваних способом лиття, так і після сушіння в розпилювальних сушарках.

Обов'язковою проміжною операцією технологічного процесу виробництва керамічних виробів пластичним способом є сушіння. Якщо ж сирець, що має високу вологість, відразу після формування піддати випалу, то він розтріскується. При сушінні сирцю штучним способом як теплоносій використовують димові гази обпікальних печей, а також спеціальних топок. При виготовленні виробів тонкої кераміки застосовують гаряче повітря, яке утворюється в калориферах. Штучне сушіння роблять у камерних сушилах періодичної дії або тунельних сушилах (рис. 3.4) безперервної дії.

Процес сушіння є комплексом явищ, пов'язаних з тепло- і масообміном між матеріалом і навколишнім середовищем. В результаті відбувається переміщення вологи з внутрішньої частини виробів на поверхню та випаровування її. Одночасно з видаленням вологи частинки матеріалу зближуються і відбувається усадка. Зменшення обсягу глиняних виробів при сушінні відбувається до певної межі, незважаючи на те, що вода до цього моменту повністю ще не випарувалася. Для отримання високоякісних керамічних виробів процеси сушіння та випалу повинні здійснюватися у суворих режимах. При нагріванні виробу в інтервалі температур О...15О°З нього видаляється гігроскопічна волога. При температурі 70°С тиск водяної пари всередині виробу може досягти значної величини, тому для попередження тріщин температуру слід піднімати повільно (5О...8О°С/год), щоб швидкість порообразования всередині матеріалу не випереджала фільтрації парів через її товщу.

Випалення є завершальною стадією технологічного процесу. У піч сирець надходить із вологістю 8...12%, і в початковий період відбувається його досушування. В інтервалі температур 550 ... 800 ° С йде дегідратація глинистих мінералів та видалення хімічно пов'язаної конституційної води. При цьому руйнується кристалічна решітка мінералу і глина втрачає пластичність, тим часом відбувається усадка виробів.

При температурі 200 ... 800 ° С виділяється летюча частина органічних домішок глини і вигорають добавок, введених до складу шихти при формуванні виробів, і, крім того, окислюються органічні домішки в межах температури їх займання. Цей період характерний дуже високою швидкістю підйому температур - 300...350° С/год, а ефективних виробів - 400...450°С/ч, що сприяє швидкому вигорянню палива, запресованого в сирець. Потім вироби витримують за цієї температури в окислювальній атмосфері до повного вигоряння залишків вуглецю.

Подальший підйом температури від 800°С до максимальної пов'язаний з руйнуванням кристалічних ґрат глинистих мінералів і значною структурною зміною черепка, тому швидкість підйому температури уповільнюють до 1ОО...15О°С/год, а для пустотілих виробів - до 200...220° С/год. Після досягнення максимальної температури випалу виріб витримують для вирівнювання температури по всій товщі його, після чого температуру знижують на 1ОО...15О°С, в результаті виріб зазнає усадки та пластичні деформації.

Потім інтенсивність охолодження при температурі нижче 800°Збільшується до 250...300°С/год і більше. Обмеженням спаду температури можуть лише умови зовнішнього теплообміну. За таких умов випалення цегли можна здійснити за 6...8 год. Однак у звичайних тунельних печах швидкісні режими випалу не можуть бути реалізовані через велику нерівномірність температурного поля перерізу обпалювального каналу. Вироби з легкоплавких глин випалюють за температури 900...1100°С. В результаті випалу виріб набуває каменеподібного стану, високих водостійкостей, міцності, морозостійкості та інших цінних будівельних якостей.

Загальні відомості

Природними кам'яними матеріалами називають матеріали та вироби, що отримуються механічною обробкою (дробленням, розколюванням, розпилюванням тощо) гірських порід. Природний камінь, що застосовується безпосередньо як будівельний матеріал, приваблює своєю декоративністю та довговічністю.

Величезна кількість природних кам'яних матеріалів використовується як сировина для отримання більшості будівельних матеріалів: кераміки, скла, мінеральних в'яжучих речовин.

Сировинною базою для промисловості будівельних матеріалів є гірські породи. Їх застосовують для виготовлення неорганічних в'яжучих речовин, керамічних матеріалів, будівельного скла, щебеню, гравію, піску в дорожньому будівництві та для приготування бетонів та розчинів, облицювання будівель, споруд та багатьох інших цілей.

Гірськими породаминазивають скупчення мінеральних мас, що утворюють геологічні тіла, що характеризуються досить постійним складом, будовою та властивостями. Відсотковий вміст мінералів у гірській породі визначає її мінеральний склад. Форма, розмір, взаємне розташування мінералів, наявність пір тощо визначають властивості гірської породи.

Мінераломназивають природне тіло, однорідне за хімічним складом, будовою та властивостями, що утворюється в результаті фізико-хімічних процесів на поверхні та в глибинах землі. Мінерали в переважній більшості – тверді тіла: кристалічні та аморфні.

Якщо гірська порода складається з одного мінералу, вона називається мономінеральною, якщо з двох і більше – полімінеральною.

Залежно від умов утворення гірські породи поділяють на три види: первинні – вивержені, вторинні – осадові, видозмінені – метаморфічні.

Виверженіпороди дуже різноманітні за фізико-механічними показниками. Якщо магма застигала на глибині, а її складові встигали закристалізуватися, то при цьому утворювалися так звані глибинні (інтрузивні) породи, для яких характерна повнокристалічна структура. Якщо в результаті вулканічної діяльності магма виривалася на поверхню, в зону значно нижчих температур, її компоненти не мали часу для кристалізації і, застигаючи, утворювали породи з приховано- і дрібнокристалічні структури (ефузивні).

Багато природних каменів групи відрізняються високими: щільністю, теплопровідністю, міцністю і використовуються виключно в якості конструкційно-оздоблювальних і оздоблювальних матеріалів.

Разом з тим досить поширені і уламкові (пухкі та цементовані) вивержені породи, що відрізняються порівняно високою пористістю - пемза, вулканічний туф.

Осадові породисформувалися в результаті перетворення продуктів руйнування вивержених порід, морських та континентальних опадів у вигляді окремих пластів та шарів на земній поверхні та поблизу неї за відносно низьких температур і тиску. Механічнівідкладення утворилися в результаті відкладення або накопичення пухких продуктів розпаду раніше існуючих порід, частина яких надалі піддалася цементуванню, утворюючи конгломерати, брекчії та пісковики. Хімічніопади утворилися в результаті осадження з водних розчинів мінеральних речовин з подальшим ущільненням і цементацією. Органогенніосвіти – результат безпосереднього осадження, ущільнення та цементації залишків водоростей, організмів та продуктів їх життєдіяльності.

Видозмінені (метаморфічні) породиутворюються в товщі земної кори в результаті більш менш глибокого перетворення вивержених або осадових гірських порід при дії високих температур і тиску, а також можливому хімічному впливі. Метаморфічні породи відрізняються від вихідних структурою та властивостями. За структурою їх поділяють на масивні, чи зернисті (мармур, кварцит), і сланцеві (гнейси, сланці).

Основи технології

Блоки каменю, отримані у кар'єрі, надходять на каменеобробні підприємства для переробки. Процес, в результаті якого каменю надають необхідну форму, розмір і фактуру лицьової поверхні, включає ряд операцій, що виконуються в строгій послідовності за допомогою різноманітних верстатів каменю. На сучасних підприємствах камінь обробляють механізованим способом. Залежно від характеру використовуваного інструменту розрізняють три основні види обробки: різання, шліфування та сколювання. Кожен з цих видів, у свою чергу, ділиться на дві стадії: надання форми і розмірів виробу, що випускається, і його фактурну обробку. Для цього лицьової поверхні виробу надають заданий ступінь рельєфу.

Обробка різанням- Найбільш сучасний процес обробки каменю: цей спосіб високопродуктивний, дає менше відходів і найбільше допускає автоматизацію виробництва. Залежно від твердості каменю використовують сталеві та твердосплавні різці (для каменю м'якої та середньої твердості) або алмазний та карборундовий інструменти (для порід середньої твердості та твердих) спеціальної конструкції.

Обробка сколюванням- також широко використовуваний спосіб, проте в більшості випадків він пов'язаний з постійною участю оператора, і тому більш трудомісткий. Ударна обробка каменю механізована та автоматизована не повністю.

Надання каменю необхідної форми незалежно від прийнятого способу обробки виконують у дві стадії: спочатку виробу надають форму, що грубо наближається до заданої, і лише потім виріб отримує остаточну форму відповідно до проекту.

Шліфуванняповерхні каменю дозволяє досягти високого ступеня її гладкості, аж до дзеркального блиску (для цього використовують повстяне коло, під яке падають полірований порошок).

Номенклатура

Номенклатура матеріалів із природного каменю включає блоки, каміння, плити, архітектурно-будівельні вироби (площинні та профільні).

Блокиоб'ємом не менше 0,1 м 3 для кладки фундаментів та стін, залежно від технології їх обробки, випускають колоті, тесані, пиляні.

Каменірозміром 390*190*188; 490*240*188; 390*190*288 мм та ін. аналогічні за призначенням блоків.

Плитишириною до 2000 мм довжиною, як правило, не менше ширини і товщиною від 3 до 40 мм використовують для зовнішнього та внутрішнього облицювання. Розміри плит для покриття підлоги, як правило, 300*300; 305*305; 400*400; 600*300 мм. Для інтер'єрів з інтенсивним рухом їхня товщина не менше 20мм.

Архітектурно-будівельні виробислужать для зовнішньої та внутрішньої облицювання, влаштування сходів, парапетів майданчиків, огорож. До цієї групи виробів відносяться плити цокольні, пиляні та колоті, накривальні пиляні та колоті, проступи пиляні, сходи цільні пиляні та колоті, парапети прямокутні та криволінійні, колони, балясини, портали, деталі карнизу, пояси, камінь кордонний, кулі.

Балясіна –порівняно невисокий фігурний стовпчик у формі тіла обертання. Це елемент огорожі сходів, терас, балконів, верхня частина якого покрита перилами. Виготовляють балясини, переважно, з мармуру.

Портали– профільні вироби для обрамлення дверних прорізів, які зазвичай виконуються з граніту, габро, лабрадориту та інших вивержених порід.

Деталь карнизу- профільний виріб у вигляді декоративного виступу на верхній частині зовнішнього облицювання поля стіни, що захищає її від води, що стікає з покрівлі. Отримують за відповідної обробки вивержених гірських порід.

Деталь пояса- горизонтальний виступаючий елемент зовнішнього облицювання, що відокремлює цокольну частину від стіни, що знаходиться вище. Для виготовлення використовують досить щільні та міцні гірські породи.

Камінь кордонний– профільний виріб верхньої частини масивного цоколя із щільних та міцних порід.

Декоративна куля– профільний виріб сферичної форми. Кулі (цілісні, але найчастіше складові), в основному, з граніту використовують при оформленні фасадів будівель, фонтанів, набережних, у ландшафтній архітектурі.

До матеріалом спеціального призначеннявідносять бутовий камінь (шматки неправильної форми не більше 500 мм за найбільшим виміром), щебінь (шматки до 150 мм із подрібненого буту), плити для гідротехнічних споруд, що виготовляються з вивержених та осадових гірських порід; бруківку у формі бруска, що злегка звужується донизу, з однорідних дрібно-і середньозернистих вивержених порід для мощення доріг; бортові камені заввишки до 400 мм із щільних вивержених порід для відокремлення дороги від тротуару; плити для тротуарів (часто з гнейсу) завтовшки не менше 40 мм.

Властивості

Враховуючи характеристики мінералів, їх кількість та характер розташування, а також вид та розташування цементуючої речовини, виділяють кристалічні, склоподібні, порфіровіта інші структури гірських порід.

При визначенні характеру кристалічної структури гірської породи встановлюють зокрема крупність зерен. Залежно від їх розмірів у твердих гірських порід (граніт та ін) виділяють крупнозернисті структури – понад 40 мм; середньозернисті від 2 до 10 мм; дрібнозернисті – до 2 мм. У природного каміння середньої твердості (мармур та ін.) структура з розміром зерен більше 1 мм вважається крупнозернистою; до 1 мм – середньозернистої; до 0,25 мм – дрібнозернистої.

Способи видобутку та обробки природного каменю, його раціональне застосування в будівництві пов'язують, насамперед, твердістюматеріалу.

При визначенні твердості природного каміння користуються шкалою Мооса, порівнюючи їх твердість з твердістю певних мінералів, розташованих у характерному порядку в міру наростання твердості: тальк, гіпс, кальцит, плавиковий шпат, апатит, ортоклаз, кварц, топаз.

Тверді природні камені мають більш високу монолітність структури в порівнянні з матеріалами середньої твердості та м'якими. В архітектурно-будівельній практиці використовують, як правило, гірські породи тверді або середньої твердості.

Середня щільність природних кам'яних матеріалів, залежно від їх виду, зазвичай перебувають у межах 800…3100 кгм3.

Водопоглинаннятвердих природних каменів, як правило, знаходиться в межах 0,01...5%; у граніту та сієніту – 0,1...1%; габро - 0,1 ... 0,2%; лабрадориту та тішеніту – 0,2...1%; діабаза - 0,01 ... 0,2%; кварцового порфіру - 0,1 ... 5%; базальту - 1 ... 5%. Водопоглинання природного каміння середньої твердості 0,1…40%, у тому числі мармуру – 0,1…0,7%; вапняку - 0,5 ... 40%; пісковика - 0,2 ... 2,5%; туфів - 4 ... 40%.

Коефіцієнт розм'якшення зазначених природних кам'яних матеріалів середньої твердості зазвичай не менше 0,6.

Морозостійкістькам'яних матеріалів порівняно висока. Тверді природні камені (граніт, діорит, сієніт, габро) витримують 300 і більше циклів лабораторних випробувань; діабаз, базальт - 50 і більше. Природні камені середньої твердості – понад 25 циклів, м'які – 15 циклів та більше.

Межа міцностіпри стисканні природних кам'яних матеріалів залежно від твердості наведено в табл.9 .

Для визначення межі міцності при стисканні зазвичай випробовують зразки у вигляді куба або циліндра, випиляні або висвердлені з цілого виробу. Для випробування порівняно великих блоків, висота яких більш ніж у 1,5 рази перевищує товщину, готують (випилюють, висвердлюють) два зразки: з боку верхньої та з боку нижньої граней.

Стираннямає велике значення насамперед для природних кам'яних матеріалів, які використовують для покриттів підлог у різних громадських спорудах. Дуже мала стираність у твердих матеріалів – не більше 0,5 г/см 2 .

Довговічністьприродного каміння, як правило, пов'язана з їх твердістю.