Prírodný materiál na keramiku. Suroviny na výrobu keramiky

Pri stavbe budov a stavieb sa používajú prírodné a umelé materiály. Materiály z prírodného kameňa slúžia ako suroviny pri výrobe cementu, vápna, sadry a tiež na výrobu betónových mált a železobetónových výrobkov ako inertné kamenivo vo forme piesku, drveného kameňa a štrku. Keramické materiály.

Ak vám táto práca nevyhovuje, v spodnej časti stránky je zoznam podobných prác. Môžete tiež použiť tlačidlo vyhľadávania

Kamenné a keramické materiály.

Pri stavbe budov a stavieb sa používajú prírodné a umelé materiály.

Prírodné kamene sa používajú aj vo forme profilových výrobkov: schodíky, rôzne architektonické detaily, ozdoby atď.

Materiály z prírodného kameňa slúžia ako suroviny pri výrobe cementu, vápna, sadry, ako aj na výrobu betónu, malty a železobetónových výrobkov, ako inertné kamenivo vo forme piesku, drveného kameňa, štrku.

Keramické materiály.

Ide o umelé kamenné materiály získané z hlinených hmôt tvarovaním, sušením a konečným vypaľovaním pri vysokých teplotách.

Tehla.

Obyčajná hlinená tehla umelý kameň, vytvorený z hliny a rovnomerne vypálený pri teplote 900 1100 stupňov. Tehla musí vydržať 15-násobné zamrznutie.

Duté hlinené tehly sa vyrábajú s dutinami cez dutiny plastickým lisovaním z hliny. Jeho rozmery sú 250x120x88 mm

Klinker tehlový umelý kameň získaný vypaľovaním sušených surových tehál až do úplného spekania.

Keramické výrobky pre vnútorné obklady. Sú rozdelené do dvoch skupín: na steny a podlahy.

Stavebné spojivá umelé jemné drvené prášky, ktoré sú po zmiešaní s vodou a vodnými roztokmi schopné vytvoriť plastickú hmotu a vytvrdnúť v dôsledku fyzikálnych a chemických reakcií. Procesy.

Spojovacie stavebné materiály sa delia na vzduchové a hydraulické.

Hydraulické spojivá zahŕňajú hydraulické vápno, portlandský cement a jeho odrody, pucolánový portlandský cement, troskový portlandský cement, hlinitý cement, nezmršťovacie cementy atď.

Monolitický a prefabrikovaný železobetón.

Železobetón je umelý stavebný produkt, v ktorom spolupracujú dva materiály s rôznymi vlastnosťami: betón a oceľ.

Oceľ a betón majú takmer rovnaké koeficienty lineárnej rozťažnosti, preto pri zmenách teploty vznikajú v materiáli len malé vnútorné napätia.

Kovové stavebné konštrukcie.

Používajú sa zliatiny neželezných kovov.

Stavebné konštrukcie chladiarenských podnikov.

Téma 1.2 Tepelnoizolačné materiály

Pri stavbe chladničky tvorí vytvorenie izolácie 25..40% nákladov na celú konštrukciu.

• Prítomnosť pórov je charakteristickým znakom tepelnoizolačných materiálov. V poréznych telesách sa prenos tepla uskutočňuje vo väčšej miere konvekciou. Preto sú materiály s malými uzavretými pórmi, v ktorých prakticky nedochádza k pohybu plynu v póroch, menej tepelne vodivé. Polyuretánová pena. Expandovaný polystyrén.

Požiadavky na tepelnoizolačné materiály:

1. Malá hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti A., W/(mK);
2. Nízka objemová hmotnosť р=20…1000 kg/m 3
3. Nízka hygroskopickosť (schopnosť materiálu absorbovať paru) a nízka absorpcia vody (schopnosť absorbovať kvapôčkovú vlhkosť)
4. Mrazuvzdornosť;
5. Požiarna odolnosť
6. Nedostatok zápachu a schopnosti vnímať pachy
7. Odolajte hlodavcom
8. Mechanická pevnosť
9. Jednoduchá manipulácia
10. Nízke náklady

Keramické materiály a výrobky vyrobené tvarovaním a vypaľovaním hliny sa nazývajú keramika. "Keramos" - v starej gréčtine znamenal hrnčiarsku hlinu, ako aj výrobky z pálenej hliny. V dávnych dobách sa riad vyrábal z hliny vypaľovaním a neskôr (asi pred 5000 rokmi) sa začali vyrábať tehly a potom kachličky.

Veľká pevnosť, výrazná odolnosť, dekoratívne vlastnosti mnohých druhov keramiky, ako aj množstvo surovín v prírode viedli k širokému použitiu keramických materiálov a výrobkov v stavebníctve. Odolnosť keramických materiálov možno vidieť na príklade moskovského Kremľa, ktorého steny boli postavené takmer pred 500 rokmi.

Na základe hustoty možno keramické výrobky rozdeliť do dvoch hlavných skupín: porézne a husté.

Porézne keramické výrobky absorbujú viac ako 5 % hmotnosti vody. Nasiakavosť poréznych výrobkov je v priemere 8 - 20 % hmotnosti alebo 15 – 35 % objemu.

Husté produkty sa vyznačujú absorpciou vody menšou ako 5%. Najčastejšie je to 2 - 4% hmotnosti alebo 4 - 8% objemu.

Podľa účelu v stavebníctve sa rozlišujú tieto skupiny keramických materiálov a výrobkov:

• stenové materiály (obyčajné hlinené tehly, duté a ľahké, duté keramické kamene);
• strešné materiály a materiály na podlahy (dlaždice, keramické duté výrobky);
• obkladové materiály na vonkajšie a vnútorné obklady (tehly a obkladové kamene, keramické fasádne dosky, dlaždice malých rozmerov);
• podlahové materiály (dlaždice);
• materiály na špeciálne účely (cestné, sanitárne, chemicky odolné, materiály pre podzemné komunikácie, najmä potrubia, tepelne izolačné, ohňovzdorné atď.);
• plnivá do ľahkého betónu (expandovaná hlina, agloporit).

Najväčší rozvoj dosiahli stenové materiály a popri všeobecnom náraste objemu výroby sa osobitná pozornosť venuje zvyšovaniu produkcie efektívnych produktov (duté tehly a kamene, keramické bloky a panely atď.). Počíta sa aj s rozšírením výroby fasádnej keramiky, najmä pre priemyselnú výzdobu budov, glazovaných obkladov pre vnútorné obklady, dlaždíc, kanalizačných a drenážnych potrubí, sanitárnych stavebných výrobkov a umelého pórovitého kameniva do betónu.

SUROVINY NA VÝROBU KERAMICKÝCH HMOT A VÝROBKOV.

Suroviny používané na výrobu keramických výrobkov možno rozdeliť na plastickú hlinku (kaolín a íl) a chudú (šamot, kremeň, troska, horľavé prísady). Na zníženie teploty spekania sa do hliny niekedy pridáva tavivo. Kaolín a íly sa spájajú pod spoločným názvom - hlinené materiály.

1. HLINOVÉ MATERIÁLY

kaolíny. Kaolíny vznikajú v prírode zo živcov a iných hlinitokremičitanov, ktoré nie sú kontaminované oxidmi železa. Pozostávajú prevažne z minerálu kaolinitu. Po vypálení sa zachová ich inherentná biela alebo takmer biela farba.

íly.Íly sú sedimentárne horniny, ktoré sú jemne uzemnenými minerálnymi hmotami, ktoré sú bez ohľadu na svoje mineralogické a chemické zloženie schopné s vodou vytvoriť plastické cesto, ktoré sa po vypálení zmení na vodotesné a odolné teleso podobné kameňu.

Íly pozostávajú z úzkej zmesi rôznych minerálov, z ktorých najbežnejšie sú kaolinit, montmorillonit a hydromika. Zástupcami kaolinitových minerálov sú kaolinit a halloyzit. Skupina montmorillonitov zahŕňa montmorillonit, beidellit a ich železité odrody. Hydromiky sú hlavne produktom rôzneho stupňa hydratácie sľudy.

Spolu s týmito minerálmi obsahujú íly kremeň, živec, pyrity síry, hydráty oxidov železa a hliníka, uhličitany vápenaté a horečnaté, zlúčeniny titánu a vanádu. Takéto nečistoty ovplyvňujú tak technológiu keramických výrobkov, ako aj ich vlastnosti. Napríklad jemne rozptýlený uhličitan vápenatý a oxidy železa znižujú požiarnu odolnosť ílov. Ak hlina obsahuje veľké zrná a zrná uhličitanu vápenatého, potom počas vypaľovania tvoria viac-menej veľké inklúzie vápna, ktoré hydratujú na vzduchu so zväčšovaním objemu (dutics), čo spôsobuje tvorbu trhlín alebo deštrukciu produktov. Zlúčeniny vanádu spôsobujú, že sa na tehlách objavujú zelenkasté usadeniny (zafarbenie), čo kazí vzhľad fasád.

Íly často obsahujú aj organické nečistoty. Vo vzťahu k pôsobeniu vysokých teplôt sa íly rozlišujú do troch skupín: žiaruvzdorné (žiaruvzdorné nad 1580 "C), žiaruvzdorné (1350 - 1580" C) a nízkotaviteľné (pod 1350 "C). Žiaruvzdorné íly sú väčšinou kaolinitové íly obsahujúce málo mechanických nečistôt Takéto íly sa používajú na výrobu porcelánu, kameniny a žiaruvzdorných výrobkov. lícové tehly, obkladačky a kanalizačné íly sú najrozmanitejšie v mineralogickom zložení, obsahujú značné množstvo nečistôt (kremenný piesok, oxidy železa, vápenec, organické látky, pri výrobe tehál a obkladov). ľahké agregáty atď.

Pri výrobe umelých výpalných materiálov možno použiť aj niektoré ďalšie sedimentárne horniny: diatomity, tripoly a ich zhutnené odrody - opoky, ako aj bridlice v čistej forme a s prímesou ílov alebo pórotvorných prísad.

2. ODPADOVÉ MATERIÁLY

Aby sa znížilo zmršťovanie počas sušenia a vypaľovania, ako aj aby sa zabránilo deformáciám a prasklinám, do mastných plastických ílov sa zavádzajú umelé alebo prírodné riedidlá.

Ako umelé odpadové materiály sa používa dehydrovaná hlina a šamot, ako aj priemyselný odpad (kotlové a iné trosky, popol, zvyšky z ohniská a pod.). Dehydrovaná hlina sa získava zahriatím obyčajnej hliny na približne 600-700 "C (pri tejto teplote stráca svoju plasticitu) a používa sa ako zahusťovadlo pri výrobe hrubej stavebnej keramiky. Šamot sa vyrába vypaľovaním žiaruvzdorných alebo žiaruvzdorných ílov pri teplotách 1000 - 1400 °C. Šamot je hlavnou surovinou pri výrobe ohňovzdorných šamotových výrobkov.

Prírodné odpadové materiály zahŕňajú tie látky, ktoré po zmiešaní s vodou nie sú schopné vytvoriť plastickú hmotu, napríklad kremenné piesky a prachový kremeň.

Materiály tvoriace póry. Pri výrobe hrubých stavebných keramických výrobkov, ako sú tehly, sa do suroviny zavádzajú pórotvorné prísady na zriedenie hmoty, ako aj na získanie výrobkov so zvýšenou pórovitosťou, a teda so zníženou tepelnou vodivosťou. Typicky sa používajú organické prísady, ktoré sa nazývajú vyhorené prísady - piliny, uhlie, rašelinový prach atď. Pri vypaľovaní výrobkov sa vypália a vytvárajú póry.

Plavni. Zavedenie taviva do hliny pomáha znižovať jej teplotu spekania. Povodňové ložiská zahŕňajú živce, železnú rudu, dolomit, magnezit, mastenec atď.

Poskytuje Strategy LLC

Keramické materiály sa získavajú z hlinených hmôt formovaním a následným vypaľovaním. V tomto prípade často prebieha medzitechnologická operácia - sušenie čerstvo tvarovaných výrobkov, nazývaných „surové“.

Keramické materiály sa na základe charakteru štruktúry črepu rozlišujú na pórovité (nespekané) a hutné (spekané). Pórovité absorbujú viac ako 5 % vody (hmotnostne), v priemere je ich nasiakavosť 8...20 % hmotn. Tehla, bloky, kamene, dlaždice, drenážne rúry atď. majú poréznu štruktúru; husté - podlahové dlaždice, kanalizačné potrubia, sanitárne výrobky.

Keramické materiály a výrobky sú na základe ich zamýšľaného účelu rozdelené do nasledujúcich typov: stena - obyčajné tehly, duté a pórovité tehly a kamene, veľké bloky a panely z tehál a kameňov; Pre podlahy - duté kamene, trámy a panely vyrobené z dutých kameňov; Pre vonkajší obklad - keramické lícové tehly a kamene, kobercová keramika, keramické fasádne obklady; Pre vnútorné obloženie Avybavenie budovy - dosky a dlaždice na steny a podlahy, sanitárne výrobky; strešná krytina - dlaždice; potrubia - kanalizácia a kanalizácia.

Suroviny

Surovinou na výrobu keramických materiálov sú rôzne hlinené horniny. Na zlepšenie technologických vlastností ílov, ako aj na dodanie určitých a vyšších fyzikálno-mechanických vlastností výrobkom, kremenný piesok, šamot (drvená žiaruvzdorná alebo žiaruvzdorná hlina pálená pri teplote 1000...14000°C), troska, piliny, do ílov sa pridáva uhoľný prach .

Ílové materiály vznikli zvetrávaním vyvrelých živcových hornín. Proces zvetrávania hornín pozostáva z mechanického ničenia a chemického rozkladu. Mechanické zlyhanie nastáva v dôsledku vystavenia premenlivej teplote a vode. Chemický rozklad nastáva napríklad vtedy, keď je živec vystavený pôsobeniu vody a oxidu uhličitého, čím vzniká minerál kaolinit.

Hlina je názov pre zemité minerálne hmoty alebo klastické horniny, ktoré sú schopné s vodou vytvoriť plastické cesto, ktoré si po vysušení zachováva svoj tvar a po vypálení nadobúda tvrdosť kameňa. Najčistejšie íly pozostávajú prevažne z kaolinitu a nazývajú sa kaolíny. Zloženie ílov zahŕňa rôzne oxidy (AI2O3, SiO 2, Fe 2 O3, CaO, Na 2 O, MgO a K2O), voľnú a chemicky viazanú vodu a organické nečistoty.

Nečistoty majú veľký vplyv na vlastnosti hliny. So zvýšeným obsahom SiO 2 nesúvisiaceho s Al 2 Oz sa teda znižuje väzbová schopnosť ílov v ílových mineráloch, zvyšuje sa pórovitosť vypálených výrobkov a znižuje sa ich pevnosť. Zlúčeniny železa, ktoré sú silnými tavivami, znižujú požiarnu odolnosť hliny. Uhličitan vápenatý znižuje žiaruvzdornosť a interval spekania, zvyšuje zmršťovanie pri výpale a pórovitosť, čo znižuje pevnosť a mrazuvzdornosť. Oxidy Na2O a K2O znižujú teplotu spekania hliny.

Íly sa vyznačujú plasticitou, súdržnosťou a väzbovosťou a postojom k vysychaniu A na vysoké teploty.

Plastickosť hliny je jej vlastnosťou, že po zmiešaní s vodou vytvorí cesto, ktoré je pod vplyvom vonkajších síl schopné nadobudnúť daný tvar bez tvorby trhlín a trhlín a tento tvar si zachovať aj pri následnom sušení a vypaľovaní.

Plasticita hliny je charakterizovaná číslom plasticity

P =W T - W R ,

Kde W t a W p - hodnoty vlhkosti zodpovedajúce medze klzu a limitu valcovania hlineného lana, %.

Podľa plasticity sa íly delia na vysoko plastické (P>25), stredne plastické (P = 15...25), stredne plastické (P = 7... 15), s nízkou plasticitou (str <7) a neplastové. Na výrobu keramických výrobkov sa zvyčajne používajú stredne plastické íly s číslom plasticity P = 7... 15. Hliny s nízkou plasticitou sa ťažko formujú, zatiaľ čo vysokoplastické íly pri sušení praskajú a vyžadujú riedenie.

Pri výrobe výpalkov sa spolu s s Používané íly sú diatomity, tripoly, bridlica atď. Pri výrobe ľahkých tehál a výrobkov sa teda používajú kremelina a tripoly a napučiavacie íly, perlit a vermikulit sa používajú na výrobu poréznych agregátov.

Mnohé keramické závody nemajú suroviny vhodné v ich prírodnej forme na výrobu zodpovedajúcich výrobkov. Takéto suroviny vyžadujú zavedenie prísad. Pridaním riediacich prísad do 6...10% (piesok, troska, šamot a pod.) do plastických ílov je teda možné znížiť zmršťovanie hliny pri sušení a pálení. Frakcie menšie ako 0,001 mm majú veľký vplyv na väzbovú schopnosť ílov a ich zmršťovanie.

Čím vyšší je obsah častíc ílu, tým vyššia je plasticita. Plasticitu je možné zvýšiť pridaním vysoko plastických ílov, ako aj zavedením povrchovo aktívnych látok - sulfitovo-kvasnicovej kaše (SYB) atď. Plasticitu možno znížiť pridaním neplastických materiálov nazývaných troskové činidlá - kremenný piesok, šamot, troska, piliny, uhoľné štiepky.

Íly obsahujúce zvýšené množstvo ílových frakcií majú vyššiu súdržnosť a naopak íly s nízkym obsahom ílových častíc majú nízku súdržnosť. S nárastom obsahu pieskových a prachových frakcií sa väzbová schopnosť hliny znižuje. Táto vlastnosť hliny má veľký význam pri formovaní výrobkov. Väzbová schopnosť hliny sa vyznačuje schopnosťou viazať častice neplastických materiálov (piesok, šamot a pod.) a pri sušení vytvárať dostatočne pevný výrobok daného tvaru.

Zmršťovanie je zmenšenie lineárnych rozmerov a objemu počas sušenia vzorky (zmršťovanie vzduchom) a vypaľovania (zmršťovanie ohňom). Zmršťovanie vzduchom vzniká, keď sa voda vyparí zo suroviny počas jej sušenia. Pre rôzne íly sa lineárne zmrašťovanie vzduchom pohybuje od 2...3 do 10...12% v závislosti od obsahu jemných frakcií. Zmršťovanie ohňom vzniká v dôsledku skutočnosti, že počas procesu vypaľovania sa nízkotaviteľné zložky ílu roztavia a častice ílu v miestach ich kontaktu sa priblížia k sebe. Zmrašťovanie ohňom v závislosti od zloženia ílov môže byť 2...8%. Úplné zmrštenie rovná algebraickému súčtu vzduchového a požiarneho zmršťovania, pohybuje sa v rozmedzí 5...18%. Táto vlastnosť ílov sa berie do úvahy pri výrobe produktov požadovaných veľkostí.

Charakteristickou vlastnosťou ílov je ich schopnosť premeniť sa pri vypálení na hmotu podobnú kameňu. V počiatočnom období zvýšenia teploty sa mechanicky zmiešaná voda začne odparovať, následne vyhoria organické nečistoty a pri zahriatí na 550...800 °C dochádza k dehydratácii ílových minerálov a hlina stráca svoju plasticitu.

S ďalším zvýšením teploty dochádza k výpalu - nejaká zložka ílu s nízkou teplotou topenia sa začína topiť, ktorá pri šírení obalí neroztavené častice hliny a po ochladení ich stvrdne a stmelí. Takto dochádza k procesu premeny hliny na stav podobný kameňu. Čiastočné natavenie hliny a pôsobenie síl povrchového napätia roztavenej hmoty spôsobí, že sa jej častice približujú k sebe, dochádza k zmenšeniu objemu – požiarnemu zmršťovaniu.

Kombinácia procesov zmršťovania, zhutňovania a tvrdnutia hliny pri výpale sa nazýva spekanie hliny. Pri ďalšom zvyšovaní teploty hmota mäkne - dochádza k roztaveniu hliny.

Farbu pálenej hliny ovplyvňuje najmä obsah oxidov železa, ktoré pri prebytku kyslíka v peci farbia keramické výrobky na červeno, pri nedostatku kyslíka na tmavohnedo a až na čierno. Oxidy titánu spôsobujú modrasté sfarbenie črepu. Na získanie bielej tehly sa pálenie vykonáva v redukčnom prostredí (v prítomnosti voľného CO a III v plynoch) a pri určitých teplotách, aby sa premenil oxid železa V dusný.

Procesy, ktoré sa vyskytujú pri vypaľovaní a sušení ílov

schéma výroby keramických výrobkov

Napriek rozsiahlemu sortimentu keramických výrobkov, rozmanitosti ich tvarov, fyzikálnych a mechanických vlastností a druhov surovín sú hlavné etapy výroby keramických výrobkov všeobecné a pozostávajú z nasledujúcich operácií: extrakcia surovín, príprava suroviny, lisovanie výrobkov (surovín), sušenie surovín, vypaľovanie výrobkov, spracovanie výrobkov (orezávanie, glazovanie a pod.) a balenie.

Suroviny sa ťažia v povrchových baniach pomocou rýpadiel. Doprava surovín z lomu do závodu je realizovaná sklápačmi, vozíkmi alebo dopravníkmi v krátkej vzdialenosti od lomu do lisovne. Závody na výrobu keramických hmôt sú zvyčajne postavené v blízkosti ložiska hliny a lom je neoddeliteľnou súčasťou závodu.

Príprava surovín pozostáva z deštrukcie prirodzenej štruktúry hliny, odstraňovania alebo mletia veľkých inklúzií, miešania hliny s prísadami a zvlhčovania, kým sa nezíska tvarovateľná hlinená hmota.

Formovanie keramickej hmoty v závislosti od vlastností východiskovej suroviny a typu vyrábaného produktu sa uskutočňuje polosuchými, plastickými a šmykovými (mokrými) metódami. O polosuchá metóda Pri výrobe sa hlina najskôr rozdrví a vysuší, potom sa rozdrví a s vlhkosťou 8...12% sa podáva na formovanie. O plasticky Počas formovania sa hlina rozdrví, potom sa pošle do hlinenej miešačky (obr. 3.2), kde sa mieša s chudými prísadami, kým sa nezíska homogénna plastická hmota s obsahom vlhkosti 20...25 %. Formovanie keramických výrobkov plastovou metódou sa vykonáva hlavne na pásové lisy. Pri polosuchom spôsobe sa hlinená hmota formuje na hydraulických alebo mechanických lisoch pod tlakom do 15 MPa a viac. Autor: sklzová metóda východiskové materiály sa rozdrvia a zmiešajú s veľkým množstvom vody (až 60%), kým sa nedosiahne homogénna hmota - šmyk. V závislosti od spôsobu formovania sa sliz používa priamo na výrobky získané odlievaním, ako aj po vysušení v rozprašovacích sušičkách.

Povinnou medzioperačnou operáciou v technologickom procese výroby keramických výrobkov plastovou metódou je sušenie. Ak sa surovina, ktorá má vysokú vlhkosť, po vyformovaní ihneď vypáli, popraská. Pri umelom sušení surovín sa ako chladivo používajú spaliny z pecí a špeciálnych pecí. Pri výrobe jemných keramických výrobkov sa používa horúci vzduch generovaný v ohrievačoch. Umelé sušenie sa vykonáva v dávkových komorových sušiarňach alebo kontinuálnych tunelových sušiarňach (obr. 3.4).

Proces sušenia je komplex javov spojených s prenosom tepla a hmoty medzi materiálom a prostredím. V dôsledku toho sa vlhkosť pohybuje z vnútra produktu na povrch a odparuje sa. Súčasne s odvádzaním vlhkosti sa častice materiálu zbližujú a dochádza k zmršťovaniu. K zmenšeniu objemu hlinených produktov pri sušení dochádza do určitej hranice, napriek tomu, že voda sa v tomto bode ešte úplne neodparila. Na získanie vysokokvalitných keramických výrobkov musia procesy sušenia a vypaľovania prebiehať za prísnych podmienok. Pri zahrievaní produktu v rozsahu teplôt O...150°C sa z neho odstraňuje hygroskopická vlhkosť. Pri teplote 70°C môže tlak vodnej pary vo vnútri výrobku dosiahnuť značnú hodnotu, preto, aby sa predišlo prasklinám, by sa mala teplota zvyšovať pomaly (50...80°C/h), aby sa rýchlosť tvorba pórov vo vnútri materiálu neprevyšuje filtráciu pár cez jeho hrúbku.

Vypaľovanie je konečnou fázou technologického procesu. Surovina vstupuje do pece s vlhkosťou 8...12% a v počiatočnom období je úplne vysušená. V rozmedzí teplôt 550...800°C dochádza k dehydratácii ílových minerálov a odstráneniu chemicky viazanej konštitučnej vody. V tomto prípade je kryštálová mriežka minerálu zničená a hlina stráca svoju plasticitu, kedy dochádza k zmršťovaniu produktov.

Pri teplote 200...800°C sa uvoľňuje prchavá časť organických nečistôt ílu a horľavých prísad vnesených do zmesi pri formovaní výrobkov a navyše dochádza k oxidácii organických nečistôt v medziach teplotu ich vznietenia. Toto obdobie je charakterizované veľmi vysokou rýchlosťou nárastu teploty - 300...350°C/h, a pre efektívne produkty - 400...450°C/h, čo prispieva k rýchlemu vyhoreniu paliva lisovaného do surového materiál. Potom sa produkty udržiavajú pri tejto teplote v oxidačnej atmosfére, kým sa uhlíkové zvyšky úplne nespália.

Ďalší nárast teploty z 800°C na maximum je spojený s deštrukciou kryštálovej mriežky ílových minerálov a výraznou štruktúrnou zmenou v črepe, preto sa rýchlosť nárastu teploty spomalí na 1OO...15O°C. /h, a pre duté výrobky - do 200...220° S/h. Po dosiahnutí maximálnej teploty výpalu je výrobok udržiavaný tak, aby sa teplota vyrovnala v celej jeho hrúbke, potom sa teplota zníži o 1OO...150°C, v dôsledku čoho dochádza k zmršťovaniu a plastickej deformácii výrobku.

Potom sa intenzita chladenia pri teplotách pod 800°C zvýši na 250...300°C/h alebo viac. Pokles teploty môže byť obmedzený len podmienkami vonkajšej výmeny tepla. Za takýchto podmienok je možné vypáliť tehly za 6...8 hodín. V bežných tunelových peciach však nie je možné realizovať vysokorýchlostné režimy vypaľovania z dôvodu veľkej nerovnomernosti teplotného poľa naprieč prierezom vypaľovacieho kanála. . Výrobky z nízkotaviteľných ílov sa vypaľujú pri teplote 900...1100°C. Vypálením výrobok získava kamenný stav, vysokú vodeodolnosť, pevnosť, mrazuvzdornosť a ďalšie cenné konštrukčné vlastnosti.

Téma 5. KERAMICKÉ MATERIÁLY

VŠEOBECNÉ INFORMÁCIE

Keramika- súhrnný názov pre širokú skupinu umelých kamenných materiálov získavaných formovaním z hlinených zmesí s následným sušením a vypaľovaním. V starej gréčtine keramos znamenal hrnčiarsku hlinu, ako aj výrobky z pálenej hliny.

Keramika je najstarším stavebným materiálom. Archeológovia objavili pozostatky budov a stavieb z keramických tehál v starovekom Egypte a Asýrii, ktoré sa datujú do 3. – 1. tisícročia pred naším letopočtom. Tehla bola známa v starovekej Indii a Číne. V starovekom Grécku sa keramika používala na zastrešenie a dekoráciu fasád. Prvý Hérin chrám v Olympii (7. storočie pred Kristom) mal dláždenú strechu a terakotové dekorácie.

Jednoduchosť technológie a nevyčerpateľná surovinová základňa na výrobu keramických výrobkov najrôznejších druhov predurčili ich široké a všadeprítomné rozšírenie. Tomu napomohla aj vysoká pevnosť, odolnosť a dekoratívne vlastnosti keramiky. A v súčasnosti zostáva keramika jedným z hlavných stavebných materiálov používaných takmer vo všetkých konštrukčných prvkoch budov a stavieb.

Podľa účelu sú keramické výrobky rozdelené do nasledujúcich typov:

Stena (tehla a keramické kamene);

Strešné krytiny (dlaždice);

Výrobky na obklady fasád (obkladové tehly, terakotové dosky, mozaikové dlaždice atď.);

Výrobky na vnútorné obklady stien;

Podlahové dlaždice a dlažobné prvky;

Sanitárne výrobky (umývadlá, toalety a potrubia);

Špeciálna keramika (odolná voči kyselinám, ohňu, tepelne izolačná);

Plnivá do ľahkého betónu (expandovaný íl a agloporit).

Materiál, z ktorého sa vyrábajú keramické výrobky po vypálení, je tzv keramický črep.

Podľa štruktúry črepu sa keramické výrobky delia do dvoch skupín: pórovité a hutné.

Pórovitý Bežne sa o výrobkoch uvažuje, ak je nasiakavosť črepu väčšia ako 5 % hmotnosti (v priemere 8...20 %). Patria sem všetky druhy tehál a obkladov, obkladov a dlaždíc.

Husté výrobky prichádzajú do úvahy, ak nasiakavosť črepu je menšia ako 5 % (zvyčajne 2...4 %); Tieto výrobky sú prakticky vodotesné. Patria sem podlahové dlaždice, porcelánové dlaždice, sanitárny porcelán atď.

SUROVINY NA VÝROBU KERAMIKA

Surovinu na výrobu keramických materiálov tvoria plastické hmoty (íly) a neplastické (odpadové a horiace prísady, tavivá a pod.). Íly poskytujú tvarovateľnú súdržnú hmotu a po vypálení trvanlivý a vode odolný črep. Neplastické prísady zlepšujú technologické vlastnosti suroviny (uľahčujú sušenie, znižujú zmršťovanie a znižujú teplotu výpalu) a dodávajú materiálu požadované vlastnosti (vysoká pórovitosť, znížená tepelná vodivosť a pod.).

íly- hlavnou surovinovou zložkou keramiky sú usadené horniny. Pozostávajú najmä z ílových minerálov – hydratovaných hlinitokremičitanov rôzneho zloženia (kaolinit A1 2 O 3 2SiO 2 2H 2 O, montmorillonit A1 2 O 3 4SiO 2 2H 2 O atď.). Veľkosť častíc ílových minerálov nepresahuje 0,005 mm; prevládajúci tvar častíc je lamelárny. Vďaka svojej hydrofilnosti a obrovskému povrchu ílové častice aktívne adsorbujú (absorbujú a zadržiavajú) vodu. Práve ílové minerály dodávajú hline jej charakteristické vlastnosti: plasticitu za mokra, pevnosť pri sušení a schopnosť spekania pri výpale.

Okrem ílových minerálov obsahuje hlina väčšie častice: prach (0,005...0,16 mm) a piesok (0,16...5 mm). Pozostávajú z kremeňa, uhličitanu vápenatého a horečnatého a ďalších minerálov. Tieto zložky hliny ovplyvňujú aj jej technologické vlastnosti a kvalitu hotových výrobkov.

Íly, ako suroviny pre keramiku, sa posudzujú podľa súboru vlastností: plasticita, väzbovosť, postoj k vysychaniu a vystavenie vysokým teplotám.

Plastové- schopnosť hlineného cesta deformovať sa vplyvom vonkajšieho mechanického zaťaženia bez narušenia kontinuity a zachovať si výsledný tvar po odznení vplyvu. Plasticita ílov sa vysvetľuje tým, že pri navlhčení hliny sa na povrchu častíc ílu objavujú tenké vrstvy adsorbovanej vody. Tieto vrstvy na jednej strane poskytujú časticiam možnosť vzájomného kĺzania a na druhej strane viažu tieto častice silami povrchového napätia, čo zaisťuje zachovanie tvaru výrobkov po formovaní. Prevalencia jedného alebo druhého účinku závisí od množstva vody adsorbovanej hlinkou.

Plasticita sa hodnotí množstvom vody potrebnej na získanie tvarovateľnej hmoty z hliny. Vysoko plastické íly majú vysokú potrebu vody a v dôsledku toho sa pri sušení zmršťujú:

Rýchlosť sušenia navlhčená hlina nie je určená rýchlosťou odparovania vlhkosti z povrchu tvarovaného výrobku, ale rýchlosťou migrácie vody vo vnútri hlinenej hmoty zo stredu na povrch. Hlina ako „vodotesný“ materiál bráni pohybu vlhkosti cez svoju hrúbku, čím spomaľuje schnutie.

Čím viac čiastočiek ílových minerálov je v hline, tým viac vody si vyžaduje, viac napučiava, ale ťažšie sa suší a viac sa zmršťuje. Takéto íly sa nazývajú „tuk“. Íly obsahujúce veľa častíc piesku sa vyznačujú miernym zmršťovaním a napučiavaním a pomerne ľahko schnú, ale ich plasticita, t. j. tvarovateľnosť, je znížená. Takéto íly sa nazývajú „chudé“.

Na získanie potrebnej surovinovej hmoty pre keramiku teda musia byť splnené dve protichodné podmienky: zmes musí byť dobre tvarovateľná a ľahko schnúca.

Zmesi s optimálnym pomerom častíc ílu a piesku sa získajú pridaním chudých prísad do mastnej hliny. Okrem piesku sa na tieto účely používa popol z tepelných elektrární, troska a iné materiály.

Slinovateľnosť - Schopnosť hliny, keď sa vypáli, premeniť sa do stavu podobného kameňu, v ktorom vôbec nenasiakne vodou, sa vysvetľuje nasledovne. Pri zahriatí na 900...1200 °C začnú v hline prebiehať chemické a fyzikálno-chemické procesy, ktoré vedú k úplnej a nezvratnej zmene jej štruktúry:

Odstránenie chemicky viazanej vody (500...600 °C);

Rozklad dehydrovanej hliny na oxidy A1 2 O 3 a SiO 2 (800...900 °C);

Tvorba nových vodeodolných a žiaruvzdorných minerálov (sillimanit A1 2 O 3 SiO 2 a mullit ZA1 2 O 3 2SiO 2 (1000...1200 °C);

Tvorba určitého množstva taveniny z nízkotaviteľných ílových materiálov (900... 1200 °C).

K vytvoreniu odolného črepu dochádza v dôsledku zlepenia pevných častíc hliny s výslednou taveninou. V tomto prípade vplyvom síl povrchového napätia tejto taveniny dochádza k zmenšeniu objemu materiálu, tzv požiarne zmršťovanie. V závislosti od typu hliny je zmršťovanie ohňom 2...6%.

Úplné zmrštenie - súčet vzduchového a požiarneho zmršťovania; zvyčajne sa pohybuje v rozmedzí 6...18%. Pri formovaní surových polotovarov sa musí brať do úvahy úplné zmrštenie, aby sa získali výrobky s danými rozmermi.

Požiarna odolnosť- vlastnosť materiálov, vrátane ílov, odolávať vysokým teplotám bez deformácie.

Rôzne íly vyžadujú určité teploty vypaľovania, a preto výrobky z nich majú rôznu požiarnu odolnosť. Na základe tohto kritéria sa íly delia na taviteľné, žiaruvzdorné a žiaruvzdorné.

Nízka teplota topeniaíly obsahujúce veľké množstvo nečistôt sa topia pri teplotách pod 1350 °C. Tehly, nástenné kamene a dlaždice sa vyrábajú z takýchto ílov, ktoré sa nazývajú tehliarske íly.

Žiaruvzdornéíly obsahujúce malé množstvo nečistôt sa topia pri teplote 1350... 1580 °C. Používajú sa na výrobu obkladových keramických výrobkov, obkladových tehál a kanalizačných rúr.

Ohňovzdornéíly neobsahujúce takmer žiadne nečistoty sa topia pri teplotách nad 1580 °C. Používajú sa na výrobu žiaruvzdorných materiálov.

Tenké materiály zavedené do zloženia keramickej hmoty na zníženie plasticity a zníženie vzduchového a požiarneho zmršťovania ílov. Zlepšujú sušiace vlastnosti ílov. Ako riediace prísady sa používajú piesok, šamot, dehydrovaná hlina, popol z tepelných elektrární a granulovaná troska.

Chamotte- zrnitý (0,14...2 mm) materiál získaný mletím hliny vopred vypálenej na teplotu spekania. Môže byť nahradený drvenými keramickými výrobkami. Šamot vyrobený zo žiaruvzdorných ílov sa používa na výrobu žiaruvzdorných materiálov.

Dehydrovaná hlina získaný zahriatím na 650...750 "C. Pri odstránení kryštalizačnej (chemicky viazanej) vody íl nenávratne stráca svoju plasticitu.

Granulovaná vysokopecná troska a popol z tepelných elektrární- hlinené riedidlá používané pri výrobe tehál a inej hrubej keramiky. Ide o efektívny spôsob likvidácie priemyselného odpadu.

Prísady do pár sa do zmesi zavádza na zníženie hustoty a tým aj tepelnej vodivosti keramických výrobkov. Na tento účel sa používajú látky, ktoré pri vypálení:

Disociujte s uvoľňovaním plynu, napríklad CO 2 (mletá krieda, dolomit atď.);

Vyhorieť (piliny, uhoľný prášok atď.).

Takéto doplnky sú zároveň výkrmom.

Plastifikačné prísady- vysoko plastické íly, ako aj povrchovo aktívne látky - zmäkčovadlá SDB, LST atď.

Plavni pridáva sa do hlín v prípadoch, keď je žiaduce znížiť teplotu jej spekania. V tejto kapacite sa používajú živce, železná ruda, mastenec atď.

Glazúry a engoby- dokončovacie vrstvy na obkladových keramických výrobkoch.

Glazúry- sklu podobné prikrývky tváre rôznych farieb, priehľadné alebo plné. Získavajú sa nanášaním prášku zo sklenenej vsádzky na povrch hotových výrobkov a ich fixovaním vypaľovaním až do roztavenia.

Angobes - pokrývky tváre z farebných ílov nanášaných na povrch surovín. Engoba na rozdiel od glazúry nevytvára pri vypaľovaní taveninu, ale vytvára matný keramický povlak.

Jedným z hlavných problémov pri glazovaní a engobovaní je zabezpečiť maximálnu podobnosť vlastností (hlavne CTE) produktu a konečnej vrstvy, aby sa predišlo praskaniu a odlupovaniu konečnej vrstvy. Typickým typom manželstva tohto druhu je CEC- častá sieť tenkých prasklín na povrchu glazúry.

Ruská federácia

Ministerstvo školstva a vedy Čeľabinskej oblasti

Odborná škola č.130

Disciplína: "Veda o materiáloch"

Téma: Keramické materiály

Vyplnil: študent gr. 28 Beloborodov A.

Kontroloval: Učiteľ Dolin A.M.

Južno-Uralsk 2008

Úvod

1. Všeobecné informácie o keramických materiáloch

2. Suroviny na výrobu keramických materiálov a výrobkov

2.1 Hlinené materiály

2.2 Šikmé materiály

Záver

Bibliografia

Úvod

V modernom svete sú keramické materiály a výrobky široko používané v stavebníctve. Je to spôsobené veľkou pevnosťou, výraznou odolnosťou, dekoratívnymi vlastnosťami mnohých druhov keramiky, ako aj rozšírením surovín v prírode.

Cieľom tejto práce je preskúmať a študovať keramické materiály. V súlade s cieľom možno identifikovať úlohy práce: naštudovať si všeobecné informácie o keramických materiáloch: pojem, druhy, vlastnosti keramických materiálov a výrobkov; suroviny na výrobu keramických materiálov a výrobkov: hlinené materiály, odpadové materiály.

Keramické výrobky majú rôzne vlastnosti, ktoré sú dané zložením pôvodnej suroviny, spôsobmi jej spracovania, ako aj podmienkami výpalu – plynným prostredím, teplotou a dobou trvania. Materiál (t.j. telo), z ktorého sú keramické výrobky zložené, sa v keramickej technológii nazýva keramický črep.

1. Všeobecné informácie o keramických materiáloch

Keramické materiály a výrobky vyrobené tvarovaním a vypaľovaním hliny sa nazývajú keramika. "Keramos" - v starej gréčtine znamenal hrnčiarsku hlinu, ako aj výrobky z pálenej hliny. V dávnych dobách sa riad vyrábal z hliny vypaľovaním, neskôr (asi pred 5000 rokmi) sa začali vyrábať tehly a potom kachličky.

Veľká pevnosť, výrazná odolnosť, dekoratívne vlastnosti mnohých druhov keramiky, ako aj množstvo surovín v prírode viedli k širokému použitiu keramických materiálov a výrobkov v stavebníctve. Odolnosť keramických materiálov možno vidieť na príklade moskovského Kremľa, ktorého steny boli postavené takmer pred 500 rokmi.

Medzi práškové suroviny patrí hlina, ktorá sa primárne používa pri výrobe stavebnej keramiky. Väčšinou obsahuje nečistoty, ktoré ovplyvňujú jeho farbu a tepelné vlastnosti. Najmenej nečistôt obsahuje íl s vysokým obsahom minerálu kaolinitu a preto nazývaného kaolín, ktorý má takmer bielu farbu. Okrem kaolinitových ílov rôznych farieb a odtieňov sa používajú montmorillonitové a hydromikové íly.

Medzi používané práškové materiály, ktoré sú hlavnou zložkou keramických výrobkov, patria okrem hliny aj niektoré ďalšie minerálne látky prírodného pôvodu - kremence, magnezity, chrómové železné rudy.

Pre technickú keramiku (častejšie označovanú ako špeciálna) sa používajú prášky vo forme čistých oxidov, umelo získané špeciálnym čistením, napríklad oxidy hliníka, horčíka, vápnika, oxidu zirkoničitého, tória a pod. získať produkty s vysokými teplotami topenia (až 2500-3000 V °C a viac), čo je dôležité v tryskovej technike a rádiokeramike. Materiály s vyššou požiarnou odolnosťou sa vyrábajú na báze karbidov, nitridov, boridov, silicidov, sulfidov a iných zlúčenín kovov bez ílových surovín. Niektoré z nich majú teploty tavenia až 3500 - 4000°C, najmä zo skupiny karbidov.

Veľký praktický záujem majú cermety, ktoré sa zvyčajne skladajú z kovových a keramických častí s príslušnými vlastnosťami. Žiaruvzdorné materiály rôzneho zloženia získali uznanie. V týchto materiáloch je jeden povrch reprezentovaný čistým žiaruvzdorným kovom, ako je volfrám, a druhým žiaruvzdorným keramickým materiálom, ako je oxid berýlia. Medzi plochami v priereze sa zloženie postupne mení, čím sa zvyšuje odolnosť materiálu voči teplotným šokom.

Pre stavebnú keramiku, ako je uvedené vyššie, je hlina, ktorá je bežnou, lacnou a dobre študovanou surovinou, celkom vhodná. V kombinácii s niektorými doplnkovými materiálmi sa používa na výrobu rôznych produktov v širokom sortimente v keramickom priemysle. Sú klasifikované podľa viacerých charakteristík. Podľa konštrukčného účelu sa výrobky delia na stenové, fasádne, podlahové, povrchové úpravy, podlahy, strešné výrobky, sanitárne výrobky, cestné materiály a výrobky, pre podzemné komunikácie, ohňovzdorné výrobky, tepelne izolačné materiály a výrobky, chemicky odolná keramika .

Na základe svojej štruktúry sú všetky produkty rozdelené do dvoch skupín: porézne a husté. Porézne keramické výrobky absorbujú viac ako 5 % hmotnosti vody (obyčajné tehly, obkladačky, drenážne rúry). Nasiakavosť poréznych výrobkov je v priemere 8 - 20 % hmotnosti alebo 15 - 35 % objemu. Výrobky s nasiakavosťou menšou ako 5 % hmotnosti sa považujú za hutné a sú prakticky vodotesné, napríklad dlaždice, kanalizačné potrubia, tehly a dlaždice odolné voči kyselinám, cestné tehly, sanitárny porcelán. Najčastejšie je to 2 - 4% hmotnosti alebo 4 - 8% objemu. Neexistujú žiadne absolútne husté keramické výrobky, pretože odparujúca sa miešacia voda privádzaná do hlineného cesta vždy zanecháva určité množstvo mikro- a makropórov.

Podľa účelu v stavebníctve sa rozlišujú tieto skupiny keramických materiálov a výrobkov:

stenové materiály (obyčajné hlinené tehly, duté a ľahké, duté keramické kamene);

strešné materiály a materiály na podlahy (dlaždice, keramické duté výrobky);

obkladové materiály na vonkajšie a vnútorné obklady (tehly a obkladové kamene, keramické fasádne dosky, dlaždice malých rozmerov);

podlahové materiály (dlaždice);

materiály na špeciálne účely (cestné, sanitárne, chemicky odolné, materiály pre podzemné komunikácie, najmä potrubia, tepelne izolačné, ohňovzdorné atď.);

plnivá do ľahkého betónu (expandovaná hlina, agloporit).

Najväčší rozvoj zaznamenali stenové materiály a popri všeobecnom náraste objemu výroby sa osobitná pozornosť venuje zvyšovaniu výroby efektívnych produktov (duté tehly a kamene, keramické bloky a panely atď.). Počíta sa aj s rozšírením výroby fasádnej keramiky, najmä pre priemyselnú výzdobu budov, glazovaných obkladov pre vnútorné obklady, dlaždíc, kanalizačných a drenážnych potrubí, sanitárnych stavebných výrobkov a umelého pórovitého kameniva do betónu.

Keramické výrobky a východiskové íly sa podľa teploty tavenia delia na nízkotaviteľné (s teplotou topenia pod 1350V°C), žiaruvzdorné (s teplotou topenia 1350-1580V°C) a žiaruvzdorné (nad 1580V°C). Príklady výrobkov a surovín s vysokou požiarnou odolnosťou (s teplotou topenia v rozmedzí 2000-4000X) používaných na technické (špeciálne) účely boli tiež uvedené vyššie.

Charakteristickým znakom všetkých keramických výrobkov a materiálov je ich relatívne vysoká pevnosť, ale nízka deformovateľnosť. Krehkosť najčastejšie označuje negatívne vlastnosti stavebnej keramiky. Má vysokú chemickú odolnosť a trvácnosť a tvar a rozmery keramických výrobkov zvyčajne zodpovedajú zavedeným normám alebo špecifikáciám.

Ruský trh v súčasnosti ponúka tekuté keramické tepelnoizolačné materiály, ktoré si nachádzajú svojich spotrebiteľov vďaka širokému spektru aplikácií a jednoduchosti použitia s nízkymi nákladmi na pracovnú silu. Keďže navrhované materiály sa vyrábajú prevažne v zahraničí, majú vysokú cenu, čo obmedzuje možnosť ich hromadného využitia v stavebníctve, energetike, bývaní a komunálnych službách a pod. Zatiaľ čo domáce analógy často zanechávajú veľa požiadaviek a ich „kvalita“ spôsobuje negatívum a zaujatosť medzi konečnými užívateľmi voči tekutým keramickým tepelnoizolačným materiálom.

2. Suroviny na výrobu keramických materiálov a výrobkov

Suroviny používané na výrobu keramických výrobkov možno rozdeliť na plastickú hlinku (kaolín a íl) a chudú (šamot, kremeň, troska, horľavé prísady). Na zníženie teploty spekania sa do hliny niekedy pridáva tavivo. Kaolín a íly sa spájajú pod spoločným názvom - hlinené materiály.

keramická konštrukcia strešného plášťa

2.1 Hlinené materiály

Kaolíny. Kaolíny vznikajú v prírode zo živcov a iných hlinitokremičitanov, ktoré nie sú kontaminované oxidmi železa. Pozostávajú prevažne z minerálu kaolinitu. Po vypálení sa zachová ich inherentná biela alebo takmer biela farba.

íly. Íly sú sedimentárne horniny, ktoré sú jemne uzemnenými minerálnymi hmotami, ktoré sú bez ohľadu na svoje mineralogické a chemické zloženie schopné s vodou vytvoriť plastické cesto, ktoré sa po vypálení zmení na vodotesné a odolné teleso podobné kameňu.

Íly pozostávajú z úzkej zmesi rôznych minerálov, z ktorých najbežnejšie sú kaolinit, montmorillonit a hydromika. Zástupcami kaolinitových minerálov sú kaolinit a halloyzit. Skupina montmorillonitov zahŕňa montmorillonit, beidellit a ich železité odrody. Hydromiky sú hlavne produktom rôzneho stupňa hydratácie sľudy.

Spolu s týmito minerálmi obsahujú íly kremeň, živec, pyrity síry, hydráty oxidov železa a hliníka, uhličitany vápenaté a horečnaté, zlúčeniny titánu a vanádu. Takéto nečistoty ovplyvňujú tak technológiu keramických výrobkov, ako aj ich vlastnosti. Napríklad jemne rozptýlený uhličitan vápenatý a oxidy železa znižujú požiarnu odolnosť ílov. Ak hlina obsahuje veľké zrná a zrná uhličitanu vápenatého, potom počas vypaľovania tvoria viac-menej veľké inklúzie vápna, ktoré hydratujú na vzduchu so zväčšovaním objemu (dutics), čo spôsobuje tvorbu trhlín alebo deštrukciu produktov. Zlúčeniny vanádu spôsobujú, že sa na tehlách objavujú zelenkasté usadeniny (zafarbenie), čo kazí vzhľad fasád.