Класифікація керамічних виробів

До керамічних виробів належать цегла, лицювальні плитки, черепиця, вироби з тонкої кераміки тощо.

І. Цегла. На підприємствах промисловості будівельних ма­теріалів виробляють кілька видів цегли: червону будівельну, во­гнетривку, кислото- та лугостійку тощо. Ці види цегли мають різне значення.

Червону будівельну цеглу використовують для спорудження будівель. Вогнетривкою цеглою футерують (від нім. "Flitter" — підшивка) печі, ковші та інші металургійні агрегати.

Луго- та кисло стійкі цегли використовують для футерування апаратів та агрегатів хімічної промисловості.

1. Плитки. Виробляють плитки з поливою і без поливи. Плит­ками лицюють зовнішні та внутрішні стіни будівель, викладають підлогу.

2. Черепиця. Черепицею покривають будівлі.

3. Тонка кераміка. До неї належать порцелянові та фаянсові вироби.

Основною сировиною для виготовлення керамічних виробів є глини та каоліни. До їх складу входять каолініт алюмосилікати, оксиди заліза, кальцію, магнію тощо. За призначенням глини поділяють на порцелянові, вогнетривкі, теракотові, цегляні, черепичні тощо. Найваж­ливішою властивістю глини є пластичність.

Пластичністю називають здатність глини після зміщування з водою набувати наданої форми і зберігати цю форму після вису­шування та випалювання.

Для підвищення пластичності глини витримують до року і більше на відкритому повітрі. Дія Сонця, вітру, дощу і морозу поліпшує технологічні властивості глини.

Виготовлення керамічних виробів — тривалий процес. Він складається з таких стадій: підготовлення сировини та глиняної маси, формування виробів, їх висушування, випалювання та охо­лодження. На деякі вироби наносять рисунок або поливу.

Сировину подрібнюють, змішують і готують до формування. Здійснюють це по-різному залежно від способу формування.

1. Способи формування. При виготовленні керамічних ви­робів використовують пластичний, напівсухий та сухий способи формування. У ході пластичного формування виробів подрібнені компоненти сировини змішують, зволожують і розмішують до вигляду тіста.

Для напівсухого формування компоненти сировини підсушу­ють до вологості, що становить (8... 16)%, а для сухого — до по­вного зневодження вологи. У сучасних способах формування вміст вологи у глиняній масі становить 4-40%. Вироби формують на формувальних пресах (механічних або гідравлічних). Тонку та спеціальну кераміку формують литтям (глиняну масу заливають у спеціальні форми).

1. Висушування. Сформовані вироби висушують у камерних, череневих і тунельній сушарнях періодичної та безперервної дії.

2. Випалювання. Це — найважливіша складова технології ви­готовлення керамічних виробів. Під час випалювання відбува­ються складні фізико-хімічні процеси, в наслідок яких глиняна ма­са перетворюється на монолітний твердий черепок. Випалювання проводять за різних температур. Випалювання залежить від виду керамічних виробів. Так, будівельну цеглу випалюють за темпера­тури 1050-1100 °С, вогнетривку — за температури

> 1350 °С.

Керамічна плитка

Основною сировиною для виготовлення керамічних виро­бів є глина та каоліт до складу яких входять каолініт, () алюмосилікати, оксиди заліза, кальцію,

магнію, тощо.

Технологічна схема виробництва керамічної плитки скла­дається з таких етапів: підготовлення розчину (суміші); Формов­ка виробу; сушіння; виготовлення глазурі і емалювання; випал.

Виготовлення суміші здійснюють мокрим та сухим способа­ми. При мокрій технології сировинні інгредієнти піддаються здрібнюванню і змішуванню в барабанних дробарках в присут­ності води. Дробарки уявляють собою барабани, які обертають-

ся навколо осі: роздрібнювальні деталі (камінці або шарики із спеченої суміші окиси алюмінію) вдаряючи одна об іншу, призво­дять до роздавлювання сировинних інгредієнтів. В результаті роздрібнювання отримуємо водну суспензію сировини (шлікер).

При необхідності пресування суміші вода видаляється проце­сом атомізації (противоточне розпилення шлікера нагрітим повітрям з негайним випаровуванням води). В результаті цього процесу отримуємо суміш в вигляді порошку, який містить (5...6)% вологи, необхідній для якісного пресування виробу.

При необхідності екструдування суміші залишкова вологість суміші повинна бути вища вказаного значення: при цьому мож­ливе вилучення води з шлікера за допомогою фільтр-преса. При сухій технології сировинні інгредієнти піддаються роздрібнюван­ню в молоткових дробарках, а потім зволоженню в спеціальних машинах. Роздрібнювання сировини необхідне для гомогенізації суміші і прикінцевого скорочення розміру її часток, що полегшує наступний процес випалу керамічного виробу.

Технологія мокрого роздрібнювання дорожча (більше витра­чається енергії для вилучення води), але дає набагато кращу якість продукту.

Керамічна плитка одноразового випалу, високої шпарува­тості і із фарфорової кераміки (грес) виготовляється з сумішей, отриманих мокрим роздрібнюванням, а керамічна плитка типо­ва — із сумішей, виготовлених сухим способом. Клінкерну ке­рамічну плитку і керамічну плитку двократного випалу можна виготовляти обома способами.

Формування виробу. Пресування чи екструзія — це два методи формовки, які застосовуються в виробництві керамічних плиток.

Пресовані керамічні плитки виготовленої із порошкоподібної суміші, які ущільнюються і формуються під високим тиском у гідравлічному пресі за допомогою прес-форм.

Екструдована керамічна плитка виготовляється з тісто­подібної маси вихідних матеріалів і формується при проходженні через спеціальні отвори екструдера за допомогою матриці-мунд-штука, що забезпечує керамічній плитці визначену товщину і ши­рину. Потім проходить нарізка виробів по довжині спеціальними ножами (тонким дротом).

Сушіння. Перед піччю керамічна плитка проходить через су­шильну камеру, куди подається гаряче повітря і де керамічна плитка втрачає залишок вологи.

Виготовлення глазурі і поливка (емалювання). Керамічна гла­зур придає важливі естетичні характеристики плитки (колір, блиск, декоративний малюнок, розмаїття орнаментальних при­крас тощо), а також технічні властивості (твердість, непро­никність, легкість очищення тощо). Глазур збільшує також зно­состійкість підлогової керамічної плитки.

Основою керамічної глазурі є особливі види скла (фріти), які в процесі випалу керамічної плитки розплавляються і щільно прилипають до суміші. Глазур, яка складається із одних фріт, ви­користовується тільки для отримання блискучої поверхні деяких видів лицювальної керамічної плитки (високо шпаруваотої і дво­кратного випалу). Як правило, в суміш фріт добавляють інші інгредиєнти, такі як барвники, сировину, що спроможна перехо­дити в склоподібний стан або сировину, яка не переходить в склоподібний стан і залишається "заповнювачем" у скляній масі (кварц, корунд, циркон тощо). Останні речовини викликають ма­тування глазурі (додають їй непрозорість) і можуть навіть пору­шувати властивий склу блиск ("матова" глазур).

Нанесення глазурі на керамічну плитку можливе як сухим, так і мокрим способом. При мокрому способі глазур має вид во­дяної суспензії тонко роздрібнених інгредієнтів, а при сухому способі — вид гранул.

Майже завжди покриття керамічної плитки складається з ря­ду глазур, які нанесені різними способами: методом шовко-графіки (стереографії) одне- або різнокольорової, керамічної кальки, напиленням, а також вручну з використанням золотих, інтерференційних і дзеркальних фарб та іншого роду декорацій. Дійсний різновид поверхонь глазурованих керамічних плиток зв'язано саме з можливостями сполучень різних видів глазур. Глазурована керамічна плитки буває блискучою (глянцевою), матовою, з гладкою чи рельєфною поверхнею, в широкій колірній гамі, з різними малюнками, візерунками, декораціями.

Випал. Для глазурованих (емальованих) плиток подвійного об-палу технологія передбачає два роздільних обпала: для корпуса плитки перший випал, для емалі другий випал. Глазуровані плитки одинарного випалу піддається і основа, и емаль. Особливими типа­ми таких керамічних плиток є "пресовано-емаліровані" плитки, от­римують нанесенням порошкоподібної емалі в мить пресування, і плитки з "емалюванням по розпеченому корпусу", отримуємо шля­хом нанесення спеціальних гранульованих емалей на розпечений

корпус.В процесі випалу при високих температурах (від 900 до 1250) °С в залежності від типу плитки) в суміші відбуваються хімічні реакції з видаленням пари і інших хімічних речовин, що призводить до ущільнення виробу. Восьмипроцентна усадка озна­чає, що для отримання випаленої готової плитки з розміром сторо­ни 20 см треба пресувати плитку розміром 21,6 см. Усадка суміші збільшується за мірою збільшення температури випалу виробу. Не­значні коливання температури призводять до коливання усадки, які мають велике значення: із цього випливає необхідність поділу готових виробів на партії за калібром. Усе частіше у виробництві керамічної плитки стали застосовуватись двократний "швидкий випал" (тобто, короткий інтенсивний випал) в печах з роликовим подом. "Швидкий випал" є сучасною технологією, що дозволяє от­римувати плитку великих розмірів і з різноманітним малюнком. Він дає можливість зекономити енергію і зменшити затрати. Еко­номні витрати енергії ведуть також до менших викидів в атмосфе­ру газів і пилу, а відповідно і меншого забруднення довкілля.

Завдяки більш короткому часу випалу печі з одношаровим роликовим подом в даний час заміняють старі тунельні печі для випалу при виробництві більшості видів керамічної плитки.

Керамічна плитка — дуже міцний та твердий матеріал. Гра­ниці її міцності при так званому "сосредоточенной нагрузке" в (10...20) раз перевищує можливості цементу та залізобетону. І може досягати 30000 тонн/м. Цю властивість плитка проявляє тільки за умови правильного укладання.

Жорсткість. Керамічна плитка не гнеться та не деформується навіть при високих навантаженнях на розрив. І чим товстіша, тим вищий цей показник.

Вогнетривкість та вогнестійкість. Саме завдяки вогнестійкос­ті плитку можна використовувати для облицювання печей та камінів. Вогнестійкість означає, що вона зовсім не горить і, більше того, захищає від вогню облицьовану поверхню. Причо­му при нагріванні ніяких токсичних газів не виділяє.

Теплоємність та теплопровідність. Завдяки цим властивостям плитка здатна швидко проводити та утримувати тепло.

Стійкість кольору. Плитка не чуттєва до впливу сонячних промінів. Вона не змінює свого кольору, що не властиво іншим матеріалам (паперовим шпалерам, пластмасам, тканині...).

Антистатичність та електроізоляційні властивості. Керамічна плитка не проводить електричний струм. Це значить, що вас не

вдарить розрядом статичного струму, як це буває при проход­женні по синтетичних поверхням (лінолеуму, килимах).

Хімічна стійкість. Керамічна плитка має "імунітет" до руйнівного впливу хімічно активних речовин (боїться тільки фтористоводневої кислоти).

Гігієнічність. Керамічна плитка — один із самих гігієнічних матеріалів. На її поверхні не "гніздяться" бактерії і мікроби. Не­дарма плиткою облицьовують стіни і підлоги в операційних, де чистота — залог здоров'я.

Декоративність. Керуючись в більшості цим критерієм, люди купували і будуть купувати плитку для внутрішнього лицювання стін і підлог; для зовнішнього лицювання стін і підлог (на тера­сах, балконах) та для басейнів.

Необхідно, щоб плитка відповідала майбутньому місцю "служби" (усередині приміщення чи зовні). Отут вирішальну роль відіграє її морозостійкість. Властивості і, як і міцність плитки, за­лежать від здатності плитки поглинати вологу. Причому в зво­ротній пропорції: чим більше вона поглинає вологу, тим менше буде морозостійкою.

Керамічна плитка надзвичайно міцний матеріал при ідеально рівному покритті, яке повинно добре "зхоплювати" плитку, щоб не утворилось пустот, інакше в цьому місці вона рано чи пізно лопне.

Ще один важливий критерій якості плитки, встановлений європейськими нормами, — формат і зовнішній вигляд. Плитка повинна мати чітко встановлені розміри, абсолютно правильну ідеально рівну поверхню. Для глазурованої плитки дуже важлива рівномірність глазурованого покриття: однакова пофарбо-ваність, відсутність підтоків та белесих країв.

Переробка деревини

Деревинає цінною природною сировиною, яка має значну міцність, гнучість, незначну густину, але вона може розтріскува­тись, усихати, жолобитися, що призводить до зміни форми і розмірів деревних виробів.

Різні породи дерев мають різну твердість клен, дуб, груша, пальма, тис, оріх вважають твердими, а м'якими — липу, сосну, осику, ольху, тополю, ялину, т.і.

Обробка деревини складається із трьох операцій: вибір заго­товки, розрізання, чорнова обробка, чистова, розмічення дета­лей виробу, підготовка, з'єднання деталей.

Способи обробки деревини: пиляння, стругання, довбання, різання, свердління, фрезерування, шліфування, полірування, на­несення покриття, т.і.

Поряд з матеріалами із натуральної сировини широко вико­ристовують деревні пресовані матеріали просоченні розчинами фенолоформальдегідної смоли, пластифікованої деревини, дерев-ношарові матеріали тощо.

В країнах і районах з великими запасами лісів звичайного по­ходження, заготівля деревини, носить характер добувної промис­ловості і виступає, як самостійна лісозаготівельна промисловість, яка веде заготівлю в лісах, а також обробку і переробку дереви­ни. Деревина до цього часу залишається однією з розповсюдже­них матеріалів для будівель, виготовлення меблів, шпона, багать­ох художніх виробів і т. д. Після спилювання дерев на лісоповаль-них об'єктах пиляний ліс завозять на деревообробні підприємства. Зберігають деревину в вигляді дощок, брусків або нероспилюваними колодами. З колод перед зберіганням треба зняти кору. Це попереджує пошкодження грибами.

Дерева, що заготовлені влітку, очищують від кори через 2 тиждня, а заготовлені зимою — до потепління. На кінцях колод оставляють кільця кори шириною 10 см, що попереджає їх від розтріскування. Знімають кору добре ножем загостреним зі зру­баним гострим кінцем на станку. Цей станок називають пилора­мою. Встановлюють колоди на пилораму широкою частиною кілець вверх або вниз. Після цього дошки виходять з широкими і вузькими роковими кільцями. Всі дошки висихають рівномірно і однаково коробляться при висиханні.

Зберігають деревину штабелями, викладеними на дерев'яних, бетонних або підставках з камінців — підштабельники висотою (60...70) см. На підставки кладуть для гідроізоляції куски толії, а на них міцні поперечини, однакових розмірів за товщиною, ши­риною, одної породи деревини. Висушені пиломатеріали зберіга­ють в приміщеннях.

Штабелі накривають дахом, який вистроюють на (120... 150) мм вище від верхнього ряду, щоб повітря під дахом не затримувалось. У виробничих ангарах завжди штабель пилома­теріалів накривають тольєю.

Коли пиломатеріали сушаться в штабелях волога із них випа­ровується найбільше через торці, де й начинається потріскування деревини. Торці завжди фарбують масляною фарбою, глиною з

вапном, розчином бітула, або бензином. Коли деревина сушить­ся на повітрі то небажано щоб вологість була нижчою 16%. Таку деревину використовують тільки для зовнішніх будівельних кон­струкцій. Для виготовлення меблів, віконних рам, дверей і підлог потрібна суха деревина з вологістю не вище 10%. Для цього її ви­сушують в камерах, які підігрівають і добре вентилюються. Та­кож приміщення має добру вентиляцію, щоб волога після підси­хання деревини випаровувалась з приміщення.

Після цього деревина піддається спеціальній обробці для за­хисту від гниття, дерево руйнуючих комах і для вогнестійкості.

Захищають деревину від гниття (грибка), який частіше по­шкоджує погано провітруємі і вологі місця, за допомогою водо­розчинних і маслянистих антисептиків. Водорозчинний антисеп­тик має такий склад: фтористий натрій — 3,0; барвник — 0,05; вода — 97%.

В цьому випадку барвник використовують для контролю рівномірності обробки. Фтористий натрій розчиняють в воді, нагрітій до 80°с. Деревину просочують в ваннах (20...ЗО) хв. Од­норазову обробку проводять пастою такого складу: сульфатно-спиртова барда — (1,2...2,0); фтористий натрій — (1,0...3,0); во­да — (1,6...2,2)%. Пасту щітками наносять на деревину з розра­хунком (400...750) г. на їм3 поверхні.

Маслянистий антисептик, більш стійкий до вологи, має склад: нафтобітум (3...4) — зелене масло (розчинник) — 0,35; торфний пил — 1,5%.

На їм3 деревини витрачають (335...350) г. пасти.

Від деревогризучих комах захищають деревину розчином хлорофосу (10%), сумішшю одної частини часу і трьох частин скипидару, сумішшю бури і бурної кислоти, взятих порівну і роз­ведених до (10...20)% концентрації.

Розчин бури з борною кислотою одночасно є і вогнетривким. Воду, перед розчиненням компонентів нагрівають до (70...80) °С. Потім матеріали з деревини пропонують в виді лісоматеріалів, матеріалів з шпону, матеріали з розпиленої і роздрібненої дере­вини. Круглий лісоматеріал — колоди, довжиною (4...6,5) м. тов­щиною від 14см і більше. Пластини отримують розпилюванням колод вздовж на дві рівні частини.

Брусся — пиломатеріал шириною і товщиною більше 100 мм. Вони бувають обрізними з усіх сторін — чотирьохкантні і обрізні з двох сторін.

Дошки — основний вид пиломатеріалів. Ширина, як мінімум в два рази більша товщини. Є дошки тонкі— 13, 16, 19, 22, 32 мм. І товсті — 40, 50, 60, 75, 100 мм. І ті і інші бувають необрізані і обрізані. Ширина обрізних дошок (80...250) мм. а довжина (1...6,5) мз градацією 0,25 м.

Ріжуть бруски — вузькі дошки з шириною не більше, чим в два рази більші за товщину. Бруски з тонких дошок називають рейками.

Заготовки — пиломатеріали з дошок або брусків, ріжуть і підбирають за довжиною і шириною з пропуском на обробку за розміром майбутніх деталей. Випускаються паркет, дошки для підлоги, підвіконні дошки, плінтуси, ґонт, тощо.

Вироблеництво скла

Скло виготовлялось та оброблювалось вже 2500 років до на­шої ери в Єгипті, а за 2000 років до нашої ери у Китаї. У Росії ви­готовлення скла було вперше організоване лише у 1635 році шве­дом Єлисеєм Костом.

Скло уявляє собою поєднання кремнезему з рядом окислів (натрію, калію, кальцію та інших), яке утворюється при дуже ви­сокій температурі. При охолодженні скло набуває в'язкості, яка в свою чергу дозволяє виготовляти зі скла різні вироби. Всі речо­вини, які знаходяться у склоподібному стані мають декілька спільних фізико-хімічних характеристик. Типові склоподібні тіла ізотропні, тобто властивості їх однакові у всіх напрямах; при нагріванні плавляться, як кристали, а поступово пом'якшуються, переходячи з крихкого у тягуче, в'язке і, згодом, у краплерідке становище; розплавляються і твердіють, тобто витримують неод­норазове розігрівання до розплавленого стану, а потім охолод­ження за однаковими режимами.

Взагалі скло — це аморфна, тверда плотна маса, непроникна для рідин та газів, нерозчинна у кислотах. Хороше скло од­норідне, майже не проводить тепло та елекроенергію і повністю прозоре.

Існує багато видів скла з різним хімічним складом. Основни­ми групами скла є: вапняне скло — найбільш розповсюджене, ви-Ікористовується при виготовленні посуду, віконного та дзеркаль­ного скла та ін. За хімічним складом відрізняють поташе-вапня-не та содово-вапняне, свинцеве скло (свинцевий кришталь) — різновид скла, в якому частина вапна замінена на свинець. З цьо-

го різновиду скла виготовляють більш дорогий посуд, а також оптичне скло, яке сильно переломлює та розсіює світло.

Склад звичайного віконного скла наближено виражається формулою

.

Скло добувають сплавленням у спеціальних печах суміші со­ди Na CO, вапняку СаСО і білого піску SiO. Хімізм процесу мож­на представити так: при сплавленні утворюються силікати натрію і кальцію:

Ці сілікати та кремнезем сплавляють у масу, яка поступово охолоджується:

.

Часто у виробництві скла соду замінують сульфатом натрію і вугіллям. В цьому разі силікат натрію утворюється за рівнянням реакції:

.

Для виготовлення спеціального скла змінюють склад вихідної суміші. Замінюючи соду поташем отримують ту­гоплавке скло (для хімічного посуду). Замінюючи крейду оксидом свинцю (II) Р1О, а соду поташем, добувають криштале­ве скло. Воно має більшу променезаломлювальну здатність і за­стосовується для виготовлення художнього посуду.

Із скла виготовляють волокна і тканини для технічних по­треб. Освоєно випуск склокристалічних матеріалів-силітів, які порівняно зі склом мають більшу міцність. З них виготовляють електричні ізолятори, посуд, тощо.

Основні процеси виготовлення скляних виробів складаються з таких операцій: сирі матеріали подрібнюються, просіюються та змішуються у визначених для кожного сорту скла вагових співвідношеннях. Ця суміш (шихта) засипається у спеціальні скловарні печі і при високій (близько 1450) піддається плавлен­ню. Отримана розплавлена скломаса, очищена від сторонніх домішок, набуває в'язкості при певній температурі, а потім іде на виготовлення виробів. Виготовлення скла відбувається або за до­помогою склоробних машин, або за ручним способом.

Отримані вироби в більшості випадків ще в гарячому стані переносяться в спеціальні печі, в яких підлягають поступовому охолодженню. Завдяки цьому вони стають стійкими до змінення

температури і менш крихкими. Після охолодження деякі вироби готові для використання, інші ж підлягають хімічній та ме­ханічній обробці.

Основними сирими матеріалами для скла є кварцевий пісок з високим вмістом кремнезему, кальцинована сода, сульфат, поташ, крейда, вапняний камінь, доломіт, доломітові вапняки. Для того, щоб надати склу спеціальних якостей додають окис свинця, окис цинку, барит або вуглекислий барій, фосфорну кислоту або її солі.

Для отримання фарбованного скла використовують марга­нець, хром, кобальт, мідь, золото та ін., а також деякі рідкі еле­менти.

Для освітлення скломаси до шихти домішують селітру, кухон­ну сіль, а також миш'як. Для отримання непрозорого, так звано­го молочного скла у шихту домішують криоліт, фтористий натрій, або кальцій і деякі інші матеріали. Приблизне співвідно­шення сирих матеріалів для отримання віконного скла при ма­шинному виробництві таке: пісок — 100 вагових частин, сода — 36, сульфат — 4, крейда — 25 вагових частин.

Скловаріння. Конструкції скловарних печей досить різно­манітні. Печі бувають періодично та безперервно працюючі.

До перших відносяться так звані горщикові печі. Кількість скловарних горщиків, які встановлені у таких печах коливається від 1 до 16, при місткості горщика від 0,1 до 1 тонни рідкої скло­маси. У періодично працюючих печах процес плавлення шихт постійно чергується з процесом вироблення продукції.

У безперервно працюючих печах плавлення шихти, очищення скломаси та вироблення продукції відбувається одночасно та безперервно. Басейни таких ванних печей за об'ємом дуже різно­манітні. Об'єм середньої печі у Європі складає 200 квадратних метрів, з добовою продуктивністю (55...65) тонн.

Опалення скловарних печей здійснюють за допомогою гене­раторного газу (отриманого з торфу, вугілля та дров), а також нафтою. Зараз плавлення скла здійснюють в електричних печах.

Контрольні запитання до 7-го розділу

1. Класифікація та призначення будівельних матеріалів.

2. Виробництво гіпсу.

3. Технологія вапна.

4. Гашене та негашене вапно.

5. Технологія цементу.

6. Виготовлення цегли та черепиці.

7. Виробництво скла.

8. Використання будівельних матерілів.

9. Класифікація та властивості керамічних виробів.

10. Застосування кераміки в побуті.

11. Переробка деревини. Види нокломатеріалів.