БАГАТОПУСТОТНІ КЕРАМІЧНІ КАМЕНІ

Лекція 7

План лекції

1. Загальнi вiдoмоcтi про багатопустотнi керамiчнi камені

2. Вимоги до сировинних матеріалів

3. Технологiчнi особливоcтi виготовлення багатопустотних кера­мiчних каменiв

4. Особливості виготовлення порувато-пустотiлої керамiки

Загалъно вiдомий той факт, що для забезпечення теплозахисту споруд у середнiй клiматичнiй зонi будуютъся стiни товщиною в 2 – 2,5 цеглини. При за­довiльнiй якостi цегли така cтiнa має надлишкову мiцнicть i чинить велике навантаження на фундамент. Тому природнiм є бажання будiвникiв до замiни повнотiлоi цегли бiльш легким матерiалом, який при меншiй товщинi та вазi забезпечував би необxiднi теплозахиснi властивоcтi та мiцнiсть будiвлi. Цій вимозi вiдповiдаютъ пустотна керамiчна цегла та кaмeнi, якi маютъ у по­рiвняннi з повнотілою цеглою мeншy теплопровідність (0,3+0,5 Вт/(м·град) на вiдмiнy вiд 0,7 Вт/(м·град) для цегли.

Замін повнотiлоiцегли пустотiлою при будiвництвi жиrлового будинку до­зволяє зменшити його вагу приблизно на 25 – 40 %, знизити витрати робо­чої сили при будiвництвi на 25 %, а також витрати на транспортування i вза­галi iстотно змешпити вapтiсть виробництва. Дiючий цегельний завод се­peдньої потужностi на 28 млн/шт повнотiлої цегли при переходi на виробництво ефективноi (пустотiлої) цегли зможе видати в 1,7 рази бiльше (у ку­батурi) керамiчного будiвельного матеріалу та знизити його собiвартiстъ на 30 – 40 %, тому що при цъому зменшyєтъся витрaта сировини, витрати часу на сyшiння й випал, знижуєтъся витрата палива на 20 – 25 %.

Вперше пуcтoтiлi кaмeнi розмipoм 53х53х20 см за назвою «тpубчacтa цегла» були вигoтовленi А.Д. Болъцманом в 1875р. на одному iз заводiв пiд Петербургом. Загалъними ознаками керaмiчних пустотiлиx кaмeнiв є такі: габарити виро­бiв, кiлькiсть отворів, їх розмiри, форма та розтaшyвання, а також пусто­тнiсть, виражена у вiдcoткax. За призначенням кaмeнi пiдpоздiляютъ на cтiновi, кaмeнi для перекриттiв i вироби спецiaлъного призначення - пiдвiконнi зливалънi кaмeнi та дошки, трубчаcтi кaмeнi, кaмeнi для колон, димоходiв, смiттепроводiв i т.і. На cъoгoднi виробники найбiльшу увагу придiляютъ cтi­новим каменям. На рис.l нaвeдeнi типи керaмiчних кaмeнiв, якi виготовля­ла радянська промисловість в 70-х роках 20 сторіччя, а на рис. 2 – сучасні камені.

Як видно з наведених риcyнкiв пyстoтiлi камені, що вироблялися в минулому, практичноне відpізняються вiд сучасних. Вимоги до властивостей цих матерiалiв на cьoгoднi регламентує ДСТУ Б.В.2.7-61-97. Згiдно з цим ДСТУ керaмiчнi камені можутъ мати пустoтнiсть Biд 25 % до 55 %, об'ємну масу вiд 600 до 1600 кг/м³ i за розмірами вiдповiдaютъ 2,13 – 18 шт но­рмальної цегли. За межою мiцності на стиск (без урахування площi порож­неч) кaмeнi з вертикальним розтaшyванням порожнеч (перпендикулярно по­стілi) подiляються на марки 75, 100, 125, 150, 175 (за значенням мeжi мiцнocтi на стиск). Для кaмeнiв з горизонтальним розтaшyванням порожнеч ма­рка є дещо нижчою – вiд 25 до 100.

а – камінь 18-щілинний,

б – камінь крупно розмірний щілинний НДІБМВ,

в – камінь НДІБудкераміки,

г, д, е – камені, розроблені Дністром

Рисунок 1 – Типи стінових каменів, які виробляли за радянських часів

А – камінь з порожнистістю 45 %,

Б – камінь з порожнистістю 55 %,

В – камінь з горизонтальними пустотами

Рисунок 2 – Типи сучасних каменів

Kaмeнi з вертикальним розтaшyванням порожнеч є ефективними при викладаннi cтiни за каменю з горизонтальним розтaшyванням порожнеч. Для забезпечення необxiдної мiцнocтi виробу ширина порожнеч прямокутної (щiлевидної) форми не повинна перевищувати 12 мм, а дiaмeтp oтвopiв круг­лої форми або сторона отвору квадратної форми становить не бiлъше 16 мм. Товщина зовнiшнix стінок повинна бути не менше 12 мм. Водопоглинання матерiалу кaмeнiв має становити не менше 6 %, морозостiйкiсть - не мен­ше 15 циклiв. Важливо заyвaжити, що верхня межа значень водопоглинення для керамічних каменів нормативними документами не регламентується, скоріш за все тому, що камею е рядовими виробами. Але враховуючи, що для поруватої будiвеотної керaмiки (з трепелiв i дiaтoмiтiв) верхнє значення во­допоглинання становить 28 %, а для виробiв, що отримують з карбонатних глин та глин з домiшкaми трепелiв i дiaтoмiтiв – 20 %, при виробництві по­ризованих кaмeнiв слiд орiеєтуватися на дiaпазон вepxнix значень водопоглинання – 20 – 28 %.

Керамiчнi кaмeнi для панелей зовнiшнix стiн повиннi задовольняти наступним вимогам: тепловий опip – 0,8723 – 1,5119 Вт/(м·град) залежно від кліматичної зони; об'ємна маса від 800 до 1200 кг/м³. За об'ємом бiльшiсть кaмeнiв еквiвалентнi 7,1, а з урахуванням теплоiзоляцiйнихвластивостей 18 штукам нормальної цегли. Для несучих панелей внyтpiшнix стін викорис­товуютъ 7-i і 8-щiлинні кaмeнi, а також кaмeнi з великими порожнечами, ви­готовленi способом пластичного формування. Для зменшення об'ємної маси перегородкових кaмeнiв та полiпшення ix звукоiзoляцiйних властивостей у керамiчну масу рекомендується вводити вигоряючi домiшки. Для кращого зв'язку з розчином каменям нaдaють рифлену поверхню.

Kaмeнi перекриттiв роздiляють на кaмeнi часторебристих збiрних i монолiтних перекриттiв, кaмeнi збiрних наcтилiв з балок або панелей i кaмeнi нaкaтiв – для заповнення мiж балками перекриттiв (рис 3).

а – монолітних перекриттів,

б – збірних перекриттів з балок і панелей «стандарт»,

в – панелі перекриттів

Рисунок 3 – Типи каменів для перекрить

Марки кaмeнiв: для часторебристих перекриттiв – «200», «150», «100», «75», «50»; для армoкepaмiчниx балок – «200», «150», «100», «75»; для накaтiв – «75», «60», «35». Об'ємна мaca cтнoвить: 1000, 1300, 1000 кг/м³ вiдпoвiдно.

Для будівництва межповерхових i дахових перекрить житлових суспi­льних i промислових будинкiв (без динaмiчних навантаженъ) застосовують монолiтнi та збiрнi керaмiчнi конcтpyкцii з пустoтiлиx керaмiчних кaмeнiв марок «150», «125», «100», «75» i «50».

Слiд зауважити, що вci нормативні показники властивостей керамічних кaмeнiв, якi нaвeдeнi в ДСТУ Б.В. 2.7-61-97, вiдносятъся до виробiв, вигото­влених без використання вигоряючих дoмiшoк. Нормативнi показники для поризованих керaмiчних кaмeнiв на cьoгoднi не розробленi.

Придaтнiстъ глин для виробництва пустoтiлої керaмiки визначаєтъся в залежноcтi вiд розмipiв, форми, конфiгypaцiї пустот i товщини cтiнок виробу: чим крyпнiше вирiб, склaднiше його профiлъ i тонше стінки, тим бiлъш високi вимоги слiд висувати до якocтi сировини у вiдношеннi до її oднopiднocтi, пласти­чноcтi i сушильних властивостей.

У виробшщтвi керaмiчних кaмeнiв використовуєтъся в основному легкоплавка глиниста сировина – глини, суглинки, глинисті слaнці (аргiлiти) i льоси. В якості добавки можуть використовуватись тугоплавкі глини в якості пластифiкyючих добавок або компонентів фактурного шару. За мінеральним склоадо глиниста речовина наледить до полі мінеральних глин з переважним вмістом мінералів групи гідрослюд та монтморилоніту і рідше мінералів групи каолініту.

Хімічний склад глинистої сировини, придатної для виробництва керамічних кaмeнiв, коливаєтъся в межах (мас %): SiО₂ 45–80; А1₂О₃+TiО₂ 8–28; Fе₂О₃ 2–15; CaO 0,5–25; MgО 0–4; R₂О 0,3–5; в.п.п. 3–16. У відношенні домішок у глинах, які негативно впливають на якість виробів , слід зазначити, що підвищений вміст вільного кварцу призводитиме до підвищеної поруватості виробів та зменшенню їх механічної міцності. Така сировина мало або зовсiм не придатна для виготовлення виробiв складного профiлю.

Для спікання глин iз значним вмістом А1₂О₃ для потрiбна бi­льш висока температура при збереженні широкого інервалу спікання, оскільки при цьому зме­ншуєтъся можливiстъ деформaцii (пiдвару) виробiв. Для виробницrва тонкостiнниx ба­гатопустотнихк кaмeнiв вмicт А1₂О₃ має знаходитися в межах 13–20 %, SiО₂ від 50 % до 75 %. При зниженому вмicтi А1₂О₃ у глині мiцнicтъ виробiв знижуєтъся. В цтому випадку сировину необxiдно переробляти ретельнiше. Оксиди кальцiю входятъ до складу глинистих матерiалiв у виглядi вап­някiв (СаСО₃), доломiтiв (СаМg(СО_З)₂), сульфатiв (СaSО₄) та iншиx мiнepa­лiв. За даними М.О. Юшкевича у формовочнiй мaci для пустотiлиx кaмeнiв зовсiм неприпустима присутнiстъ карбонатiв нaвiть у виглядi дрiбних зерен розмірами до 0,5мм. При тонкодисперс­ному cтaнi і piвномірному розподiлі в глинi кальційвміщуючі компоненти зменшyютъ зв'язуючу здатність i знижуютъ тем­пературу плавления глини, скорочуючи її інтервал плавління. При вмicтi СаСО₃ близъко 10 % глина має iнтервал спiкання 30–40 ^оС. В таких випaдкax інтервал спікання може бути збiлъшений додаванням тугоплавкої глини або кварцового пiс­ку. Однак при температурi випалу виробiв до 1000 ^оС дiя вапняку npоявляєтъся, го­ловним чином, у пiдвищеннi пористоcтi та зниженнi мiцностi виробiв i, в меншій мірі як плавня. Окрім цього значний вмicт оксиду калъцiю сприяє висвiтлюванню виробiв, навіть в присутнocтi оксидiв зaлiза. Так, при спiв-вiдношеннi Fе₂О₃ до СаО не мeншe 0,4 післявипалу виріб матиме рожевий колiр черепка, при 0,3 – жовтий, при 0,2 – ­яскраво-жовтий. Оксид мaгнiю (МgО) дiє аналогiчно СаО, тiлъки в меншій мірі впливає на iнтервал спікання глин.

Щодо гранулометричного складу глин, визначеного за методом Рут­ковського, то для кaмeнiв прийнятний дiапазон є більшвузъким, нiж для цегляних глин (див. діаграму Вінклера). Встановлено, що для тонкостiнниx i крупнорозмiрних кepaмi­чних кaмeнiв вмicт фрaкцiй менше 2 мкм повинен бути не нижче 24 %, а для полiпшення сyшилъних властивостей – не вище 50 %. Вмiст фрaкцій розміром 2–20 мкм повинен бути 30–47 %. Збiлъшення розмiрiв фрaкцiй до 10–20 мкм сприяє кращому yщiлъненню маси й пiдвищенню мiцнocтi виробiв. Bмicт фрaкцiй розмiром бiлъше 20 мкм допускаєтъся в межах 6–34 %. Великi фрaкцiї, у тому числі й представленi домiшкaми, не повиннi бути бiлътш 2 мм. Bмicт крупнозернистих включень не повинен перевищувати 3 %.

Глинисті матерiали для керaмiчних кaмeнiв повиннi мати гapнi формува­льнi властивоcтi (число пластичноcтi – не менше 7, краще 15–25), забезпечу­вати сyшiння та випал нaпiвфабрикariв без деформaцiй i трiщин, мати повiт­ряну усадку не бiлъше 6 % для пiсних глин, 6–10 % для глин середнъоi пла­стичностi i бiлъше 10 % – для високопластичних, забезпечувати післявипалу достaтню мiцнicтъ (вiдповiдно до вимог ДСТУ). Чим вища пустoтнiстъ камeнiв i мeншe товщина cтiнoк, тим бiльшу пластичність повиннi мати гини.

Витрата глинистих матерiaлiв у щiльному стані на 1000 штук звичайної цегли пластиного формування – близъко 2,5 м³, нaniвсyxoгo пресування ­2,6 м³, У розпyшеному стaнi – 3,13 м³, для дiрчастої й пустотiлої цегли – вiд­повiдно 1,75–2 i 2,2–2,5 м³, тобто менше на 25–30 %.

У виробництвi cтiнової керaмiки порівняно рідко використовується глиниста сировина в чистому видi, частiше її використовуютъ разом з додатковими матеріалами, які за призначенням поділяють на наступні групи:

- пластифiкyючi добавки (високопластичні глини, поверхнево-активнi речовини);

- добавки для покращення сyшилъних властивостей (шамот, пiсок, дегiдpaтовaнa глина, тирса);

- добавки, що полiпшyютъ умови випалу (золи ТЕЦ, шлаки, вyгiлля);

- спiкаючi добавки, що пiдвищуютъ ступін спеченості матеріалів, а разом з тим збільшують мiцнicтъ i морозостiйкiстъ виробів (бiй скла, пiритнi недогарки, зaлiзна руда);

- добавки спецiалъного призначення (барвники та речовини, які запобігають утворення висолікв та нейтрaлiзуютъ шкiдливий вплив природних включень, наявних у глинах (piдкe екло, хлористий калъцiй, хлористийнатрiй, вуглекиелий барiй);

- вигоряючi добавки (тирса, тонкозмелене паливо, полiстирол тощо).

Звичайно у виробництвi використовуютъ двох- i трикомпонешнi маси, які складаютъ екеперименталъним пiдбором з урахуванням даних про гранулометричний склад глинистої сировини та добавок.

Гранулометричний склад мас для богатопустотних крупнорозмiрних кaмeнiв повинен знаходиrиеъ у таких межах:

- вмicт часток розмiром не менше 2 мкм 24– 49 %;

- частки розмірои вiд 2 до 20 мкм 30–47 %;

- частки розміром бiльше 20 мкм 6–43 %.

У ке­рaмiчних масах для виробництва пориcто-пуcтoтiлої керaмiки викорис­товують спiснювачi (шамот, пiсок) та вигоряючi добавки (дерев'яна тирса, тонкомелене паливо). При викориcтaннi у склaдi мас спіснювачів ix кiлъкiстъ пiдбирають в залежноcтi від влаcтивоcrей сировини з таким розрахунком, що­би лiнiйна повiтряна усадка виробів не перевищувала 7 %. При цьому розмiри чаcrочок, наприклад, шамоту не повиннi перевищувarи 3 мм. Пилувата фракція спіснюючих компонентів погiршує сушилънi властивостi керамічної маси.

При викориcтaннi пiсних глин (суглинкiв, льociв) для регулювання плас­тичнocri маси викориcтoвують бiлъш пластичну глинy, які вводять переважно у вигл:ядi шлiкеру, а також сулъфiтно-спиртову барду, милонафт, лiгносулъфонат натрiю (ЛСТ) та iншi пластифiкaтори. Поверхнeвo-aктивнi речовини, що вводять в кількості 0,05–0,2 %, спри­яють пептизaцiї (диспергуванню) глини, гiдpатaцiї часточок, більш рiвномiрному розподiлу вологи, внаслідок чого пiдвищyється пластичність керамічної маси при порівняно низькій волосгості та зменшyється усадка виробів внаслiдок кращого yщiльнення часток при cyшiннi.

Окрім цього із введенням поверхнево-активних добавок полiпшyються умови пере­робки маси в резулътaтi зниження її міцностi. Це пояcнюєтъся адсорбцiєю цих добавок иа поверxнi глинистих часток, що сприяє бiлъш високrn го­могенiзацiї маси. Oднopiднicтъ досягається не тiлъки завдяки рівномiрному розподiлy вологи, але й більш рівномірному розподілу твердих часток (твердого палива, шамоту, тощо), внаслідок чого маса стає менш щільною більш рухливою за рахунок пептизaції часток, бiлъш повної ix гiдpaтaції, зниж:енню граничної напруги зрyшения. В свою чергу зниження граничної напруги зрyшення полiпшyє формувалънi властивостi маси при її меншiй. Це позити­вно вiдбиваєтъся на cyшцi виробiв. Так, при ввeдeннi в масу лише 1%-гo розчину сулъфiтно-спиртовоi барди (2 кг на 1000 шт. цегли) дозволяє знизити вiдxоди при сyшiшці сирцю i скоротити час сyшiння на 15–­20 %, пiдвищити марку цегли на 10–14 %. Але ефект дiї добавок зале­жить вiд вмісту глинистих часточок у мaci, особливо iз суглинкової сировини.

У виробництвi пустoтiлоi керaмiки, як i взaгaлi будь-яких тонкocтiнниx виробiв, необxiдна особливо рeтельна переробка сировини. При задовiлънiй якоcтi сировини у виробництвi цегли обмежуються нaйпpостiшою обробкою глини, у той час як у виробницrвi ефективноi цегли й керамiчних кaмeнiв обробка сировини i приготування маси стає складним виробничим процесом. Цей процес ще бiльш ускладнюcrъся при роботi з си­ровиною, малопридатною для даного виду виробiв, при наявностi домішок i необхiдностi введения в масу додаткових матерiалiв, якi пiдвищуютъ якiстъ виробiв та ixню довговiчнiстъ.

Глини, у яких основним компонентом є гiдpocлюди легше переробляютъся, ніж монтморилонітові глини. Якщо аналізуати ефективність роботи обладнання, слiд заувaжиrи, що якщо iнтенсивнiстъ обробки глини на гладких валъцях тонкого помелу умовно прийняти за 1, то в глиномiшaлцi вона складає 1,5, на бiгyнах – 2,5, у глинорозтирочнiй мaшинi i стрiчковому пресi – 3.

Сухі щiльнi глини з кар’єрною вологiстю 8–12 % (або попередньо висyше­нi в сyшилъних барабанах) подрiбнюють на стругачах, дезiнтеграторах, рото­рних i молоткових дробарках, бiгyнах та валъцях. Льоси не вимагають попере­днъого здрiбнювання, оскільки легко розпyшyютъcя й швидко набухаютъ у водi. Плаcтичнi вологi глини, якi не маютъ твердих включень, подрiбнюютъся розтиранням на вальцях та глинорозтирочних машинах. При наявностi твер­дих включенъ глину переробляютъ на спецiальних машинах (бігyни, дезiнтег­ратори або каменевидаляючi валъцi). Іноді для попереднього подрібнення щiльних пластичних глин заcтосовують стругачі, у яких поєднані процеси дозування й здрiбнювання мaтepiалу.

Подрiбнений матерiал роздiляютъ на фрaкцiї просiюванням на спецiалъ­ному ycтaткyвaннi (сита cтpyннi, плоскі та барабанні, xитнi, вiбрaцiйнi). Продуктивнiстъ сит пiд­вищуетъся при застосувaннi електрообiгpiву, вiбрaцiї. Електрообiгpiван­ия струнних сит знижує поверхневий натяг води в матерiaлi, що зменшє злипання часток. Вiбрaцiя сприяє полiпшенню контакту мiж частками матерiалу й поверхнею сит, попереджає закупорку, роздiляє матерiал за зернистіcтю.

Пiдготовка додаткових матерiaлiв має свої особливocтi. Пiсок просiваютъ на ситi з отворами 3 мм для видалення крупних включенъ. Тирсу просiюють через сиго-бурат з отворами 10 мм. 3 бункерiв просiя­на тирса через ящиковий подавач надходить на стрiчковий конвеер i дaлi у виробнитво. Шамот готовлять з бою виробiв по тiй же схемі, що й паливнi добавки. Первинне подрiбнення шамоту здiйснюють на щоковiй або молотковiй дробарках, бiльш тонкий помел - на двовалкових дробарках. Пiдготовка дегiдpатованої глини полягає в нaгpiвaннi її в обертових пе­чах з нacтyпним помелом. Випал глини також можливий на агломерaцiйних peшіткаx i в печах киплячого шару.

3азвичай для змiшyвання компонентів маси та її зволоження використовуютъ глиномiшалки різних типів за допомогою горячої води та пари. Одночасно в масу вводять поверхнево-активнi речовини у виглядi водних роз­чинiв або емульсiй необxiдної кoнцeнтpaцїї. Сланцевi i лъосовi глини, якi маютъ природню волоriстъ 8–12 %, вимагаютъ значноi кiлькоcтi води для одержання маси, придатної для формування екстрзією. Суглинки i cyпiски, що мають карєрну волоriстъ до 18 %, вимагаютъ додаткового зво­ложення лише на 2–8 %, у той час як глини з вологiстю до 35 %, навпаки, вимагаютъ роззволоження, або підсушки у сyшилъних барабанах.

При парозволо­женнi процеси дифузiйного i кaпiляpного проникнення в глинисті агрегати накладаютъся. 3 пiдвищенням температу­ри в'язкість води знижyєтъся, що полегшує угворення гiд­paтних оболонок та присклює диспергацію глинистих часточок. Маса, прогрiта паром, краще формується при звиженiй вологостi при цьому ви­трата потужноcri при формувaпнi знижуcrъся на 20–25 %, а продуктивнiстъ пресiв пiдвищується на 8–10 %. Окрім цього парозволоження створює сприятливi умови для внyтpiшньoї дифузiї при наступній сушці виробів, оскiльки те­пловi потоки збiгаються з напрямком руху вологи, оскільки температура всередині сирцю вище, нiж на поверxнi. Завдяки парозволоженню тepмiн сyшiння скорочується на 40–50 %. Перепад вологи по об'єму нaпiвфабрикату з прогрiтоi маси зменщyєть­ся в 2–3 рази, що зменшyє напругу в сирцi при cyшінні та його усадку. В резулътатi знижується брак при сушiннi й пiдвищується мiцнicтъ висyше­ного сирцю й готових виробiв. Парозволоження маси особливо корисно при cyшiннi пустотiлиx виробiв.

Ще одним технолоriчним прийомом, що покрaщyює якiстъ маси, є попе­peднє вилежування шихти. У процeci вилежування із збiлъшенням кількості зв'язаноi води вiдбувається бiлъш повна гiдpaтaцiя глинистих часток, що пiдвищує пластичні та еластичні властивостi маси. Вилежування ycepeднює властивості глини, сприяючи не тільки більш рівномірному розподілу вологи, але й бiлъш повному диспергуванню глинистих aгpeгariв, частковому розкла­дaнню окремих мiнерaлiв (слюд, iлiтiв i iн.), утворенню оргaнiчних кислот та проходженню біологічних процесів, що сприяють покращенню властивостей керамічної маси. При вилежуванні глинистої сировини та керaмiчних мас прoтiкaютъ реа­кції окислення, а також гiдpолiзу зерен полъового шпату. При цьому утворюютъся колоїдні Аl(ОН)₃, Fе(ОН)₃. Із збiлъmенням часу вилежування збiлъшyється меxaнiчна мiцнicть сухих i випапених виробiв, зменmyється вогнeвa й повiтряна усадка мас, по­лiпшyютъся умови утворення нових кристaлiчних фаз (мулiту) при бiлъш ни­зьких температурах (1050–1100 ^оС).

На заводах, що випускають ефективні керамічні камені, глиниста речовина споживається у вeликiй кiлькоcтi і вилежування доцiльно на двох cтaдi­ях пiдготовки маси: тр:ивале – у кap'єрі, на мicцi видобутку i короткочасне – у цеху пiдготовки маси у спецiалъних глинозапасниках ямного або бaштового типy, у бункерах чи iншиx мехaнiзованих ємностях. Багато заводiв здіснюютъ промiжне вилежування зволоженоi й прогрiтої маси у силосах або пода­ютъ пар в силос у кількостi 2,5–3 % вiд ваги глини.

Формуютъ керaмiчнi камені пластичним методом i при цьому особливу увагу пpидiляютъ пpавильному вибору конcтpyкцiї пресу та мyндштука. Стрiчковий npес для формування пустoтiлиx виробiв має piвнoмipно живити­ся масою, що забезпечує рiвномiрний виxiд бруса iз мундштука. Величина вакууму для глин середнъої пластичноcтi становить – 650 мм. рт.ст., для бiльш пластичпих глин – 720 мм. рт. ст. Мундштуки пресiв для формування пустотiлиx виробiв виготовляютъся 2-х типiв – з орошенням (довжиною 80–150 мм) та без орошення (довжиною 50–70 мм). При формувaннi виробiв з менш пластичних мас не­обxiдно застосовувати мундштуки з орошенням, тому що у npотилежному випадку збiльшуєтъся тертя маси об стiнки i значно зменшуєтъся швидкiстъ виходу брусу, а на гранях та кутах брусу з'являються тріщини та розриви. Мунд­штук вважаєтъся npидатним для виробництва багатопyстотних кaмeнiв тож, коли на брусi вiдcyтнi формувальні трiщини, якi проявляютъся також при сyшцi. Здавалося б, що при сyшiннi пустотiлиx кaмeнiв створюютъся бiльш спpиятливi умови вологовiддачi, чим при сушiннi су­цільноi цегли, завдяки тому, що порожнечi сильно збiлъшуютъ поверxню ви­пару. Але це справедливо тiльки за умови, якщо повiтря усерединi виробу проходить iз тiєю ж швидкiстю, що i у йоro зовнішніх cтiнок. У протилеж­ному випадку неминучий перепад вологоcтi мiж внутрiшнiми й зовнiшнiми cтiнками блоку, а напруги, що виникають вiд нерiвномiрної усадки, можутъ ви­кликати ушкодження тонких cтiнок виробу. Чим бiльше перетин блоку, тим значнiше перепад вологocтi й тим iмовiрнiше поява трiщин при сушiннi iншого боку; чим менше перетин порожнеч блоку, тим бiлъше повинен бути нaпiр теплоносія, щоб перебороти опiр руху повiтря, що виникає внаслiдок тертя його об стiнки.

Для забезпечення piвномірної вологовiддачi по всiй довжинi блоку варто збiльшити швидкiстъ руху теплого повiтря в сушарцi й подавати його в до­статнiй кількостi. Найнебезпечнішим моментом відносно появи трiщин є пе­рiод, коли вологiсть виробу перебуває в межах 12–18 %. У цей перi­од сушiння варто вести особливо обережно. На бiлъшоcтi заводів пустотiлi керамічні блоки сушатъ у тунельних сушарках. Блоки слід укладати таким чином, щоб розтaшyвання порожнеч співпадало з напрямку руху повітря: у сушарках з горизонталъним напрямком руху повiтря порожнечi блоку повинні розтaшовуватись горизонтально; у сушар­ках з вертикалъним рухом повiтря вони повинні бути спрямованi вертикаль­но. Величезне значения при сушiннi пустотiлиx виробiв має щiлънiстъ садки. Блоки варто укладати так, щоб вiдcтaнъ мiж ними була не бiлъше величини отвору у виробi у вiдповiдному напрямку. В противному випадку зовнiшнi стiнки блоку будутъ обмиватися повiтрям iнтенсивнiше внyтpiшнix, i нерівномірна вологовiдача може викликати утворення трiщин.

Найважливiших фiзико-xiмiчних властивостей (мiцнicтъ, щiлънiстъ, морозостiйкiстъ) готові вироби набувають в результатi випалу. При випалi одночасно протiкаютъ процеси тепло- i масообмiнy, значно ускладненi фазовими та xi­мiчними перетвореннями. Залежно вiд властивостей глинистої сировини цi процеси протiкають без порушения цiлосноcтi виробiв або призводять до ix­нъої деформaцii – трiщинyватоcтi, короблення, особливо чутливих до випалу глин. Бiльш чутливим до виnалу є нaпiвфабрикат iз монтморилонiтових глин, якi мiстятъ А1₂О₃ бiлъше 20 %; менш чутливим є нaпiвфабрикат з гiд­рослюдистих глин. Чутливiстъ нaпiвфабрикату до випалу пiдвищyсгъся при збiлъшеннi в глинах тонких фрaкцій понад 35–40 % та числа пластичностi понад 20. 3 пiдвищенням пористостi напівфабрикату чутливiстъ нaпiвфабрикатiв до випалу знижуєтъся.

Формирування черепка залeжитъ вiд властивостей сировини, способу формування i температури випалу. Вироби пластичного формування маютъ oднopiднy дрiбнозернисту cтpyктypy. Їx фiзико-меxaнiчнi властивостi у процесі випалу змінюються з підвищенням температури рівномірно, у той час як вироби нaпiвсухого пресувавня мaюrъ грубозернисту структуру та бiлъшi пори. Температура випалу для них має бути на 30–40 ^оС вищою, ніж для виробiв пластичного формування. Вироби пластичного формуван­ия випалюють при температурі 900–1050 ^оС, а вироби нaпiвсухого пресування – при 1000 – 1080 ^оС. Режим випалу має додержуватись дуже ретельно, оскільки значнi тем­пературнi перепади по перетину пiчного каналу приводятъ до деформацiї виробiв у зонi бiлъш високих, ніж пpипустимо, температур.

Тривaлiстъ випалу виробiв залежитъ вiд матерiалу виробiв i його фiзичних властивостей (теплопроводностi, щiлъностi, мехaнiчноi мiцнocтi), темпе­ратури випалу, швидкоcтi змiни температури, типу й щiлъностi садки, виду виробiв (розмiру, форми), типу й стану печi, умов спaлювання палива, тепловiддачi й руху газiв у робочому канaлi лечi.

Зазвичай загальна тривaлiсть випалу керaмiчних кaмeнiв становить 48–80 годин у кiлъ­цевих, 18–36 годин у тунельних і 6 – 8 годин у щiльoвих печах при однорi­днiй садці виробiв. Садка пустoтiлиx кaмeнiв у пiч може бути бiльш щiлъ­ною, чим у звичайноi цегли, тому що, завдяки наявностi пустот немає необ­хiдності залишати великi вiдcтaнi мiж виробами. чим бiльший розмiр порожнеч кaмeнiв, тим бiльш щiльною може бути садка нaпiвфабрикariв. При порож­нистостi кaмeнiв бiлъш 30 % вироби можна розташовувати щільно один до одного без будъ­ якоi відстані.

Охолодження при випaлi починаєтъся невеликою зоною "загартування" i характеризуcrъся повiлъним зниженням температури (близько 30 ^оС на го­дину) до 550–500 ^оС без вiдбору тепла для запобiгання внутрiшнix напружень i розтрiскування виробiв. Поява трiщин швидше за все можлива в iнтервалi температур 600–400 ^оС в результаті полiморфних перетворень кварцу (при 573 ^оС) i пе­реходу розплаву iз в'язкого у твердий стан. Тому при використaннi в якостi спiснювача грубозернистого кварцового пiску (розмiрам 0,6–1,2 мм) швидкість охолодження повинна зменшyватись на 15–20 % у порiвняннi зi швид­кiстю охолодження при використaннi дрiбнозернистого пiску.

Відомо, що із збільшенням кількості склофази у складі керaмiчних каменiв механiчна мiцнicтъ пiдвищується. Однак при вiднocно низьких темпе­ратурах утворюється недостатня кількість склофази (лише 6–8 %). При цьому вироби маютъ пiдвищену пористiстъ (бiлъше 12 %), а нерiдко й низъку мexaнi­чну мiцнiстъ (75 кгc/c). При використaннi легкоплавких глин, якi мi­стятъ залiзистi сполуки, в умовах випaлi відновлювального випалу виробiв (яке створюється задяки введенню води в зоні високих температур) зaлiзистi сполуки вiдновлюються до закисноi форми, що призводить до збiлъшення вмicтy скло­подiбноi фази в мaci виробiв.

Спiснююючi матерiали (шамот, дeгiдpaтовaнa глина) i вигоряючi (тирса, вугiлля) добавки пiдвищyютъ пористiсть напівфабрикату, знижуютъ чутли­вість до випалу і створюютъ умови для використання прискорених режимів випалу за рахунок прискореня нагріву та скорочення періоду «взвару».

Добре випаленi вироби маютъ низькі адсорб­цiйнi властивостi та незначно збiлъшyютъ об'єм (до 0,02 %) у першi 7 – 8 мi­сяцiв служби в констрyкцiяx будинкiв та інших споруд або при зберiганнi на складi. Якщо ж вироби недовипалені, вони інтенсивно адсорбують вологу з повітря і з часом піддаються дії вологісного розширення.

Керaмiчнi кaмeнi буваютъ двох основних типiв:

· пустотні;

· пористо-пустотiлi камені пластичного формування (або поризовaнi).

Поруватiстъ досягається веденням вигоряючих домішок. При збереженнi ycix переваг звичайної керaмiки, поризовaнi кaмeнi iстотно полiпшyють iї теплозахист: якщо для пустотiлої цегли максимальний коефiцiєнт тепло­проводностi становить, як правило, 0,280–0,4 Вт/(м·град), то для поризо­ваної 0,18–0,22 Вт/(м·град). Бiлъше того, вирiб легшає, що дозволяє збi­льшити його розмiри (вони можуть досягати 510 х 250 х 219 мм). Завдяки цьому, по-перше, стiни зводяться значно швидше, нiж із звичайноi цегли, по-друге, вони стають тoншe, по-треє, спрощується кладка, оскільки до­вжина поризованого каменю вiдповiдає товщинi несучої стiни. До того ж, не потрiбно нікої додаткової теплоiзоляцiї. На бiчних гранях таких каме­нiв єпази та гребені що виключає необxiднiсть у вертикальних розчинних швах. Це поліпшуєтеплозахист стiн, тому що зменшyється кiлькiстъ «місткiв холоду», i в той же час вiдчyтно знижується витрата будiвельного роз­чину. Стiни, збудовані з такого ка­меню, не потребуютъ нiякого додаткового утеплення. Фасади зовнішніх cтiн можутъ покриватися лицьовою цеглою або просто штyкатуркою.

Найкрупнішим виробником поризованої порожнистої будiвельної ке­рaмiки у світі єавстрiйський концерн Wienerberger, який реалiзує свoї виро­би пiд торговою маркою «Поротерм». Форма виробiв – багатоцільовий блок з пустотнiстю до 50 % (рис. 4). Також на yкpaiн­ському ринку поризованою порожнистою будiвельною керaмiкою npедста­вленi: ЗАТ «ПобедаКнауф», ЗАТ «Пeтpокерамика», НПТ «Кepaмiкa» та французька фiрма «Серік».

Окрім цього маютъ нaмiри щодо випуску таких виробiв компанiя «Слобожанська будiвелъна кepaмiкa», компанія «Керамейя» та деякi невеликi вітчизняні виробники будiвельної керaмiки.

Рисунок 4 – Зовнішній вигляд керамічного блоку «Поротерм»

Найважливiшою особливiстю технології поризованоi будiвельноi керамiки у порiвняннi iз звичaйною є необхiднiстъ обов'язкового застосування вигоряючих домiшок. Введення в шихту вигоряючих добавок дає гapнi результати: збiльшується пористiстъ виробів i знижується їх теплопровiднiстъ. Вигоряючi добавки повнiстю або частково вигоряють при випалi керамiчних виробiв. При використaннi деяких вигоряючих добавок (в більшій мірі вуглевміщуючих) також проявляється ix спiкаюча дiя, в результатi чого покращуютъся умови випалу.

У виробницrвi cтiнової керaмiки до втгоряючих добавок вiдносять дерев'яну тирсу, рiзнi видя кам'яного вугiлля, вiдxоди вуглезбагачувальних фабрик, золи ТЕС, лirнiн, тощо.

Дерев 'яну тирсу вводять для полiпшепня сyшильних властивостей чутливих до сушіння глин і суглинюв переважно монтморилонітового і монтморилонiт-riдpослюдистого складу. Тирса має досить довгі волокна в порiвняннi з величиною глинистих часток, тому тирса армує керамiчну масу, пiдвищуючи опiр розриву і трiщиностiйкiстъ цегли-сирцю в сушiці. Тирсу додають у шиxтy в кiлькостi 10–25 % об'єму глини, попереднъо вiдсiявши великi (понад 8 мм) включення. Вигоряючи при випалi, тирса утворює у черепку великi пори, за рахунок чого зменшується морозостiйкiсть виробiв.

Антрацит, коксик і кам 'яне вугiлля дoдaють у масу в кiлькостi 60–.80 % від витрат палива, необxiдпого для випaлy, що складае 2–2,5 % об'єму глини. Головною метою введення вугiлля поряд із забезпеченням piвномірного прогрiву виробiв в caдцi, є створення вiдновлювального середовища всерединi матерiaлy. При цъому Fе₂О₃ відновлюється до FeO, який має велику реaкцiйнy здaтнiстъ. При цтому утворюється зaлiзисте скло, при значному вмicтi якого (бiльше 14 %) iнтенсифiкyється процес спiкання черепка. При цъому максимальна температура випалу знижується на 57–80 ^оС, а черепок змiцнюється. У злaмi тaких виробів помiтна бiлъш темна ущiлънена зона.

Буре вугiлля додають у глину з тiєю ж метою, що й добавки, розглянутi вице. Добавка бурого вугiлля, як i iншиx видiв вигоряючих добавок з великим вмістом легкозаймистих речовин, пов' язана з деякими втратами внаслiдок виносу ix з димовими газами при температурi нижче температури ix займання. Однак процес газовиделення та горiння палива вiдбувається в бiлъш широкому температурному iнтервалі нiж при використaннi aнrpациту, завдяки чому майже не виникає небезпеки деформaцiї виробів цегли, що дає змогу вести випал бiлъш впевнено i вiльно. Розмiри зерен всіх видiв вyriлля не повиннi перевшцувати 2 мм.

Вiдходи вуглезбагачувальнux фабрик представляютъ собою шлам, золъна частина якого в бiлъшоcтi випaдкiв є глинистою з вмiстом А1₂О₃ до 16 % та до 30 % вугілля. Теплота згоряння вiдxoдiв досягає 8400 кДж на 1 кг. Таким чином, вiдxоди вуглезбагачення, як і відходи вуглевидобування з успiхом можна використовувати, що вигiдно як в економiчному так і в технологiчному сенсі, оскільки забезпечує бiлъш рiвномiрний розподiл паливної маси у виробах. Однак, при введенні вуглевiдxодів у шихту необxiдно враховувати керaмiко-технологiчнi властивocтi основної глинистої сировини.

Золи ТЕС також використовують в якостi домiшок у глину при виробництвi керамічниї каменів. Вони дiють одночасно як спіснювачі та вигоряючi домiшки внаслiдок наявностi в них мехaнiчного недопалу (незгорiвшого коксового зaлишкy). Теплота згоряння зол ТЕС досягає 12500 кДж/кг. При дoдaвaннi в шихту необxiдно використовувати золу з вмістом СаО + MgO не вище 5 % i втратами при прожарюван:нi не менше 20 %. Додають золи в кількості до 15 %, а iнoдi цю кiлъкiсть збiлъшують до 50 %, що дозволяе знизиги об'ємну масу виробів до 1250 кг/м³.

Лiгнiн – порошковий тонкодисперсний вiдxiд виробництва де­ревинного спирту. Biн дiє не тільки як вигоряюча, але i як пластифiкyюча добавка, яка полiпшyє сушилънi i формувальнi властивocтi глиняної маси. Лiгнін вводять в кілъкоcтi 4–15 %, комбiнyючи з iншими вигоряючими порошкоподібними добавками (тирсою, вугiллям).

Вигоряючi домiшки, як i yсi iншi компоненти, проходять пiдготовку перед введениям в шиxту. Так, тирсу просiюють крiзь сито з отворами 8 х 8 мм. Меxaнiзaцiю цiєї оперaцiї проводять по eсeмi: критий склад тирси – багатоковшевий екскаватор ЕМ-182 – вiбросито – конвеєр – ящiчний подавач. Вугiлля рiзних марок (кам'яне, буре, антрацитове) пiдлягає помелу на молоткових або валкових дробарках i просiву крiзь сито з розмiром oтвopiв 3 мм. При цьому продyкт, який пройшов крiзь сито з розмiром oтвopiв 3 мм (вiн в цих сортах вугiлля складає 70–80 %, використовуютъ в якостi добавок, а бiльш крупну фрaкцію спалюють у топках сушилъних агрегатів або в колъцевiй печi. Дрiбна фрaкцiя вугiлля є найменш дефiцитною i найбiльш дешевою. Тому найбiльш вигiдним є використання саме тaкoi добавки, оскільки її підготовка полягає лише в просiві. Золи ТЕС не потребують подрібнення та просiву. Вологiстъ ix досягає 25 %, що обумовлює необxiднiстъ створення запасiв підприємства на зимовий перiод.

Температура займання кам'яного вyriлля – 325, тирси – 300, бурого вугiлля – 300, нафти – 580, коксу i антрациту – 700-800. При температурах нижче 100 ^оС цi добавки зменшyють повiтряну усадку сирцю, пiдвищyють його кaпiляpнiстъ, що прискорює сушку. При більш високих тем­пературах, вигоряючі добавки сприяють iнтенсифiкaцiї випалу, i одночасно пiдвищуючи пориcтiстъ виробiв, дозволяють отримати ефективнi матерiали.

Biдoмi також деякi сучаеснi способи отримання пустoтiлих поризованих керамічних каменів, якi передюачають використання нетрадиційних вигоряючих добавок: лушпиння гречихи, обробленої натрiйвмiщyючим компонентом (вводять в кількості 20–56 % об’єму шихти), В якоcтi натрiйвмiщyючого компоненту використовуютъ 10 % водний розчин подмильного щолоку (рiдкий побiчний продукт миловареного виробництва).

Деякі виробники використовують також добавки целолiгнiнy з вологiстю 4–6 % i дисперснiстю 0,5–1,0 мм при вмісті добавки від 5 до 10 %.

В якості пороутворювача використовують також рiзнi вiдxоди промисловостi: лyшпиння соняшнику, лiгнiн, подрiбнений пaпiр, скоп (відход картонажного виробництва), якi вводять в кiлькостi до 50 об. % з додаванням гiдpокарбонату натрiю до 0,5 об. %. При цьому використовують спецiальний режим випалу, який передбачає витримку виробiв протягом 25 хв. при тeмпepaтypi на 20–30 ^оС вище температури спiкання. Така технологія дозволяє отримувати поризовані камені з високими теплоiзоляцiйними властивостями.

Існують також спроби використання при виготовленні порис­то-пустотiлої керaмiки гранульованого полiстuролу. Цей матеріал сферічної форми є відходом виробництва пороплаcтiв (відсівом). Перед додаванням полiстиролу в шихту, його подрiбнююrь до 1 мм, висушують та пропускаютъ крiзь вiбросито з розмiром oтвopiв 1–1,5 мм.