Производство керамического кирпича и керамических камней

Глины разделяют на четыре группы в зависимости от их способности  связывать то или иное количество нормального песка, принимаемого за эталон, в процентном отношении:

• Высокопластичные 60—80%
• Пластичные 20—60%
• Низкопластичные (тощие) 20%

Камнеподобные (сланцы, сухарные глины) не образуют теста.

Воздушной усадкой глинистого сырья называют изменение линейных размеров и объема отформованных из этого сырья образцов под влиянием сушки. Воздушную усадку определяют в процентах по отношению к линейным размерам изделий. Установлено, что глины с К_ч = 0,5 и менее также относятся к высокочувствительным, так как отличаются очень низкой трещиностой костью. Четкой зависимости между чувствительностью глин к обжигу и величиной их огневой усадки не отмечается.

Спекание глины вызывается частичным сплавлением её составных частей и зависит от химического состава и температуры обжига. Чем больше в глине содержится глинозёма, тем выше температура её спекания и плавления; чем больше в ней примесей (полевой шпат, слюды, известь, соединения железа), тем ниже температура спекания и плавления глины. С повышением температуры спекание усиливается по мере того, как увеличивается количество составных частей глины, принимающих участие в плавлении. Плотность изделий увеличивается, а пористость сокращается. Разница между температурами начала спекания и плавления называется интервалом спекания. Чем больше интервал спекания, тем меньше брака при обжиге.

Для улучшения природных  свойств глины — уменьшения общей  усадки, чувствительности к сушке  и обжигу, улучшения формовочных  свойств — широко применяют добавки.

В данной курсовой работе будет  рассматриваться Айнабулакское  месторождение глин, в котором  содержатся высокопластичные глины. В высокопластичные глины, требующие для затворения большого количества воды (до 28%) и поэтому дающие большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15%), необходимо вводить отощающие добавки, т. е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды,  необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает размер усадки  (до 2—6%).

B качестве отощающих добавок  чаще всего применяют вещества  неорганического происхождения  — кварцевый песок, шамот (обожженная  и измельченная глина), молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, облегчают технологический процесс производства и устраняют брак. В ряде случаев они улучшают физические свойства изделий, например  термостойкость и   теплопроводность.

 В работе будут рассмотрены золы, привозимые из Карагандинской ГРЭС.

Золы ТЭС представляют собой отходы от сжигания в пылевидном состоянии каменных углей. Образующиеся зола и шлаки направляются от котельных теплоэлектростанций гидравлической системой в золоотвалы в виде пульпы. В кирпичном производстве в качестве добавки используют золы ТЭС с удельной поверхностью 2000—3000 см²/г. Теплотворная способность золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива составляет от 1000 до 3200 ккал/кг. Добавка 10—15% золы ТЭС в смеси с опилками или шамотом делает кирпич менее чувствительным к сушке и повышает его прочности, по сравнению с добавкой, например, одного дробленого многозольного угля или одних опилок. Это происходит вследствие того, что предварительное смешивание с другими добавками обеспечивает определение золы и мелкодисперсной массу вводят от 15 до 45% золы ТЭС [1].

Для разработки технологической схемы производства и выполнения технологических расчетов необходимо знать состав и основные свойства сырья и вспомогательных  материалов. Эти данные представлены в табл. 1.

Таблица 1 – Характеристика сырья для  получения керамического кирпича

Вид сырья	Показатель	Размерность	Значение (норма)	Источник информации
1	2	4	3	5
Глина	Хим.состав: Al2O3 SiO2 CaO MgO Fe2O3 TiO2 K2O Na2O SO3 Ппп Гигроскопич.вода CO2 Несвяз. SiO2 Минер.состав: Глинистые минералы Кварц Полевой шпат Карбонаты Оксиды Органика Примеси Гранул.состав: Пылевидные фракции Тонкие глинистые  фракции Песчаные Включения Физико-механические свойства: Объемно-насыпная масса Плотность Удельная поверхность  по ПСХ Плавкость: появление жидкой фазы плавление Пластичность:	% % % % % % % % % % % % %     % % % % % % %     мм   мм мм мм         т/м3 т/м3     см2/г     0С 0С %	13,95 53,76 5,95 3,01 4,01 0,84 1,34 0,77 0,39 9,14 1,21 3,65 30,40     30 20 10 5…10 5 7 3…5   от 0,005 до 0,05   <0,005 от 0,5 до 1 более 2         0,770 1,67     5846     1325 1420 более 50	[2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2]     [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2]     [1]   [1] [1] [1]         [2] [2]     [2] [2]     [2] [2]
Золы ТЭС	Хим.состав: Al2O3 SiO2 CaO MgO Fe2O3 TiO2 FeO SO3 Ппп Гигроскопич.вода CO2 Несвяз. SiO2 Минер.состав: Аморфизованные  глинистые агрегаты Стеклофаза Полевой шпат Кальцит Гидрогранаты, мулит, оксиды железа Органика Корунд Содержание: Удельная поверхность: Теплотворная  способность:	% % % % % % % % % % % %       % % % %     % % % %   см2/г   ккал/кг	25,02 46,76 7,66 3,10 6,58 1,26 0,66 1,26 3,41 0,57 3,96 26,70       40 25 10 7…8     6…8 10…12 2 не более15   2000—3000 от 1000 до 3200	[2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2] [2]       [2] [2] [2] [2]     [2] [2] [2] [1]     [1] [1]
Вода	Вода питьевая Водородный показатель: 6…9 Жесткость общая: не более 7 Химический состав: Мn – не более 0,1 Fe – не более  0,3 Cu – не более  1,0 Al – не более  0,5	рН   моль/м³   мг/дм³ мг/дм³ мг/дм³ мг/дм³ мг/дм³	7…8	ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Номенклатура выпускаемой продукции и её свойства

 

По своему назначению керамический кирпич делится  на рядовой, лицевой и специальный. Рядовой (он же строительный, обычный). Используется для возведения капитальных стен и межкомнатных перегородок. Внешне непривлекателен, не устойчив к воздействию окружающей среды, поэтому стены из строительного кирпича нуждаются в дополнительной обработке: штукатурке, облицовке. По цене это относительно недорогой материал.

Лицевой (он же облицовочный, отделочный, фасадный, фактурный, фасонный). Используется для всех видов фасадных и ландшафтных работ, а также для отделки интерьера. Лицевой кирпич обладает низким влагопоглощением, а, следовательно, высокой морозостойкостью. Отличается качественной лицевой поверхностью. Для него характерны разнообразность форм, расцветок, и даже рисунков. Качество лицевого кирпича не зависит от его цвета, поэтому можно смело выбирать любой понравившийся вам оттенок.

Кирпич специальный. Предназначен для использования в особых условиях. К нему в первую очередь относится огнеупорный кирпич. Чаще всего он используется для строительства печей, дымовых труб, каминов и т.п. и производится из термостойкой шамотной глины. Кислотоупорный кирпич отличается повышенной стойкостью к кислотам и щелочам. Технология его создания более сложная, а шихта состоит из смеси белой глины и различных силикатов [3].

Клинкерный кирпич или просто клинкер отличается высокой износостойкостью, поэтому используется при строительстве площадок, ступеней, пандусов и т.п. Он производится путём прессования сухой красной глины с последующим обжигом при температуре 1100⁰ С. Следует отметить, что все виды кирпича обладает удобным размером. Его удобно брать одной рукой. По длине кирпича укладываются два кирпича по ширине, с учётом 1 см на шов. А вот в зависимости от толщины кирпичи обладают более широкой номенклатурой и бывают:

1. Одинарные – размер 250 х 120 х 65 мм.

2. Полуторные  или утолщённые – размер 250 х 120 х 88 мм. Экономят расход раствора и время строительства.

3. Двойные (или камень керамический по ГОСТу) – размер 250 х 120 х 140 мм. Также экономят расход раствора и время строительства, а также деньги, так как стоят дороже одинарных на половину, а размер их в два раза больше. Но такие кирпичи выпускают только пустотелые.

4. Модульные – размер 288 х 138 х 63 мм.

В зависимости  от наличия пустот кирпичи делят  на:

1. Полнотелые, с малым объёмом пустот, менее  13%. Такой кирпич применяется для  постройки несущих элементов  и массивных конструкций, которые должны выдерживать большую нагрузку. Полнотелым может быть рядовой, лицевой кирпичи.

2. Пустотелые, с большим объёмом пустот, иногда  более 50%. Этот вид кирпича обладает  более высокой теплоизоляций  в сравнении с полнотелым, а  ещё он значительно легче, поэтому  стены из такого кирпича могут  быть тоньше, чем из полнотелого,  да к тому же ещё и более  лёгкими. Но при его использовании  могут возникнуть трудности: пустоты  могут забиться раствором, и  тогда его преимущество теплоизоляции теряется. Не допустить это можно, используя более густой раствор и кирпич с более мелкими пустотами. Пустотелый кирпич дешевле полнотелого, так как на его производство идёт меньше сырья. Пустотелым также может быть рядовой, лицевой кирпичи.

В особую группу выделяют поризованный кирпич. Он имеет пористую структуру Они обладают ещё более высокими теплоизоляционными свойствами, чем пустотелые. Чтобы сделать кирпич пористым, на этапе заготовки глины в неё добавляют уголь, солому, торф или опилки, которые выгорают при обжиге.

Марка кирпича  характеризует его прочность  и является одним из основных номенклатурных характеристик. Обозначается она буквой М и числом. Число – это предел прочности на сжатие, измеряется в кг/см². Существуют следующие марки керамического кирпича: М50, М75, М100, М125, М150, М175, М200, М250, М300. Для жилых помещений особенно важна еще одна характеристика – морозостойкость. Она зависит от влагопоглощения изделия: чем влагопоглощение ниже, тем более долговечно данное изделие. Чем меньше воды будет накапливать кирпич, тем меньше он будет подвержен разрушению во время замерзания.

Влагопоглощение кирпича колеблется от 6% до 16%. Обозначается морозостойкость F и числом, характеризующим количество циклов замерзания. Существует следующая классификация кирпичей по морозостойкости: F-15, F-25, F-35, F-50, F-100. Современные стандарты регламентируют и менее значительные параметры. И это неудивительно, поскольку разрушение строения может привести к трагическим случаям. К счастью, на данный момент технологии достигли значительных успехов и необходимость ориентироваться в самым тонких мелочах возникает только при реализации сверхсложных проектах. Поэтому постройка частного дома, как правило, сводится к выбору одного типа основного кирпича и нескольких видов отделочного (табл.2) [4].

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2 – Номенклатура выпускаемой продукции

Наименование изделия и эскиз	Марка изделия	Габаритные размеры, мм			Вид используемого сырья	Объём материала, м3	Масса изделия, (кг)
		длина	ширина	высота
Зольный кирпич	М75, М100, М125, М150	20	120	88	При изготовлении применяют  известково-зольные  глины	2,64 *10-3	3,24
Кирпич полуторный лицевой пустотелый	М200 F100	250	120	88	Сырьем служат суглинки и д.р. Обладает низким влагопоглощением и высокой  морозостойкостью.	2,64 *10-3	3,3
Кирпич полнотелый одинарный	М 125–200	250	120	65	Изготовлен из огнеупорной глины	1,95 *10-3	3,2
Камень керамический двойной	М-150	250	120	138	Производится из глины добытой мелкой фракцией с постоянным составом минералов	4,2 *10-3	4,95
Кирпич клинкерный пустотелый рядовой	М300	230	100	65	Изготовляется из глины, чаще всего красной, или глиняной смеси	1,5 *10-3	3,14

В данной работе будет рассматриваться производство только керамического камня.

Керамический камень – относительно новый материал для строительства, который подходит для сооружения как внешних, так и внутренних стен, дымоходов и мн. др. Он гораздо легче своего собрата кирпича и имеет ряд дополнительных преимуществ: повышенную прочность, тепло- и звукоизоляцию. Керамический камень изготавливается, как и обычный кирпич, из глины 'путем обжига при высоких температурах. Разница в большем количестве сквозных каналов и габаритах - по сути это тот же поризованный кирпич, только большего размера. Отверстия в керамическом камне имеют малую площадь сечения, они занимают более половины кирпича-гиганта. На внешней поверхности блока формируются выступы и канавки - при монтаже они выполняют функцию замка. Когда камни стыкуют в один сплошной ряд, гребни одного блока входят в пазы другого. Раствор используют, только чтобы соединять кладку по горизонтали.

Керамический  камень изготавливают различных  размеров – от стандартного кирпича до крупных блоков. Кратность размеров позволяет комбинировать керамический камень с другими материалами, например, с обычным кирпичом при отделке фасадов. Чтобы снизить вес и повысить теплоизоляционные свойства камня, в него при изготовлении добавляют опилки. При обжиге материала опилки выгорают, таким образом в толще формируются мелкие пустоты. Образовавшиеся микропоры и повышают тепло- и звукоизоляционные свойства материала, при этом общая масса конструкции снижается на 15-18 %. Такие стены будут сохранять тепло даже в очень холодные зимы, а летом дом не будет превращаться в печку. Кроме того, собственные теплоизоляционные свойства материала позволяют не использовать утеплитель, что снижает стоимость строительства.

Один  из наиболее важных параметров камня  при строительстве внешних стен – морозостойкость. В документации она обозначается литерой R_n. Число рядом показывает, какое количество циклов замерзания способен выдержать материал. К примеру, если камень планируют использовать для возведения наружных стен, то этот параметр должен составлять не менее 50 циклов. Прочность тоже имеет свои показатели. Маркировка указывает, какую нагрузку на 1 куб. см выдержит изделие. Данный показатель обозначается цифровым (от 100 до 300) и буквенным кодами (М). Кроме того, для керамических камней существует специальный индекс — NF. Он дает понять, сколько обычных кирпичей «вмещает» один блок. К примеру, маркировка NF 10,7 обозначает, что камень заменит собой почти 11 кирпичей.

Плотность керамического камня на треть  меньше, чем плотность обычного кирпича, при этом его теплоизоляционные  свойства в два раза выше. А прочность  на сжатие у керамического камня  составляет столько же, сколько у  полнотелого цокольного кирпича  марок М125-M150. Другие материалы с аналогичной теплопроводностью имеют меньшую прочность. За счет этого керамическим камнем можно заменять многослойные конструкции. В помещении, стены которого возводят из керамического камня, всегда есть свежий воздух, оно хорошо вентилируется, в нем создается благоприятный режим температуры и влажности. На поверхности керамических камней никогда не образуются плесень и грибок. Пористая структура в сочетании с крупными размерами обуславливает все описанные преимущества, к тому же дает возможность быстрее возводить конструкции и минимизировать расходы на строительство. От других стеновых материалов керамический камень отличают гребни и пазы, за счет которых стыки получаются более герметичными, а вертикальные швы не требуют заполнения раствором. Поэтому его расход снижается в несколько раз. В результате на строительство коробки дома затрачивается меньше не только материала, но и времени. Еще одно достоинство материала — его универсальность: из него можно строить здания высотой до 24 м,