Производство изделий строительной и грубой керамики

К таким изделиям относятся кирпич (керамический обыкновенный, пустотелый пластического формования и др.), черепица, керамические камни, керамические фасадные плиты и т.д. В производстве указанных изделий используются легкоплавкие глины и суглинки, реже некоторые разности глинистых сланцев. Оценка глинистого сырья для строительной керамики дается по качеству получаемых из используемого сырья изделий. Качество же готовых изделий определяется соответствующими ГОСТами, в основном по величине временного сопротивления сжатию, изгибу, водопоглощению и морозостойкости.

Легкоплавкие глинистые породы, используемые для производства кирпича и черепицы, должны обладать необходимой пластичностью и связующей способностью, причем при сухом способе формования кирпича могут применяться малопластичные глинистые породы, а для производства черепицы – наиболее пластичные их разности. Содержание песчаных фракций до 10% вполне допустимо. Иногда суглинки с содержанием песчаных фракций до 15–20% дают изделия удовлетворительного качества. Фракции крупнее 3 мм и каменистые включения, особенно карбонатные, вредны. Вредны также включения гипса, сульфита железа (пирит, маркезит), крупные корни растений, водорастворимые соли.

По химическому составу наиболее благоприятными являются породы с содержанием SiO₂  от 65 до 72%; Al₂O₃ от 12 до 18%; Fe₂O₃ от 3 до 6%; СаО до 3–5%. Нежелательным является содержание в большом количестве крупных включений карбонатов кальция и магния; при неравномерном их распределении CaO + MgO допустимо в пределах 3–5%, а при тонкодисперсном – до 25%. Вредным является повышенное содержание SO₃.

Влияние примесей сказывается следующим образом. Крупные включения известняка во время обжига превращаются в негашеную известь. При смачивании кирпича водой во время кладки, от влажности воздуха при хранении или в постройке известь гасится и увеличивается в объеме, вызывая разрушение последнего.

Известняк, мелко раздробленный и хорошо перемешанный с глиной, не оказывает на кирпич разрушающего действия, так как при обжиге он частично спекается с глиной. Остающиеся несвязанными мелкие частицы известняка хотя и увеличиваются в объеме при взаимодействии с водой, но, будучи рассеяны по всей массе кирпича, помещаются в порах, которые образуются в кирпиче при сушке и прокаливании. В глинах для черепицы также допускаются повышенные содержания известняка в тонко измельченном и равномерно распределенном состоянии.

Гипс, взаимодействуя со щелочами, содержащимися в глинах, образует с ними негашеную известь и легкорастворимые сернокислые соли. Последние, выщелачиваясь, образуют на поверхности изделия белые налеты. Наличие таких пятен снижает его качество и затрудняет схватывание со штукатуркой.

Пирит при обжиге разлагается на оксид серы и оксид железа. Оксид серы вызывает вспучивание массы и реагирует с основаниями, входящими в состав глины. При этом образуются растворимые сернокислые соли, которые, выщелачиваясь, образуют на поверхности изделий налеты белого цвета. Эти налеты также препятствуют прочной связи кирпича со штукатурным материалом и вяжущими растворами. Оксид железа образует с черепком легкоплавкие сплавы, обуславливающие наличие выплавок.

Крупные включения растительного происхождения вызывают во время сушки образование трещин, а выгорая при обжиге, образуют в изделиях раковины и пустоты. Щебень и гальки также способствуют образованию в изделиях трещин, как при сушке, так и при обжиге.

Формуемость глин должна быть хорошей, чувствительность к сушке небольшая, температура обжига 900–1000^оС, интервал между температурой обжига и началом размягчения под нагрузкой – не менее 50^оС. Линейная усадка при сушке – менее 8%, при обжиге до 1000^оС – менее 12. Водопоглащение при 1000^оС – 8–20 %.

Среди легкоплавких глин выделяют так называемые гончарные, которые применяются для изготовления пустотелых изделий архитектурной керамики, черепицы и майолики. Они должны обладать хорошей формовочной способностью, иметь число пластичности не менее 14, воздушную усадку не более 10%, температуру обжига 950–1000^оС, интервал между температурой обжига и началом размягчения 50-75^оС. Химический состав гончарных глин следующий (в %): SiO₂ 65–74; Al₂O₃ 15–20; СаО 5–6 (мелкораспыляемая примесь). Глины не должны содержать включений кварца и известняка размером более 1 мм.

Для производства облицовочных и кислотоупорных керамических изделий применяются огнеупорные и тугоплавкие глины, как правило, спекающиеся при относительно низкой температуре. Спекаемость глин должна происходить при температурах 1120–1200^оС при интервале спекания не менее 100^оС. По химическому составу глины должны содержать (в %): Al₂O₃ – 20–40; SiO₂ – 55–65; Fe₂O₃ – не более 3,5; СаО – не более 1–2.

Глины должны быть высокой или средней пластичности, не содержать вредных примесей (пирит, сидерит, гипс, известняк, оксид серы), а содержание карбонатов кальция и магния в них не должно превышать 3%.

Канализационные керамические трубы изготавливаются из тугоплавких и огнеупорных глин, содержащих в прокаленной виде не менее 20% Al₂O₃ и не более 70% SiO₂ и не содержащие пирита, сидерита и известняка. Глины должны быть высоко-, средне- и умереннопластичными, с интервалом спекания не менее 200^оС. При обжиге глины должны давать плотный, спекшийся черепок без деформации. Черепок глин, предназначенных для плиток, не должен иметь пятен, выплавок и мушек.

В некоторых составах масс для изделий строительной и грубой керамики используют легкоплавкие, низкоспекающиеся разности огнеупорных глин и каолин. Для большинства керамических изделий рационально применять тугоплавкие, а не огнеупорные глины, так как температура спекания первых из них обычно более низкая. Повышенной спекаемостью характеризуются глины, содержащие значительное количество гидрослюдистых компонентов (гидрослюдисто-каолинитовые). При использовании каолиновых глин для лучшего спекания необходимо добавлять значительное количество плавней.

Для производства клинкерного кирпича могут быть использованы легкоплавкие глины и суглинки, не содержащие примесей крупного песка, включений карбонатов, гипса, угля и т.п. Основными показателями пригодности их являются большой интервал спекания (не менее 100^оС), который обеспечивает одновременную спекаемость черепка (с водопоглащением до 2–4%), и температуру начала деформации не ниже 1200^оС. Глины и суглинки, не обладающие требуемым интервалом спекания или высокоспекающиеся (при температуре 1300^оС), могут быть использованы в производстве указанных изделий при условии введения добавок – плавней или материалов, понижающих температуру плавления.