2.2 Визначення пористості

Пористість матеріалу характеризується ступенем заповнення його загального об’єму порами. Пористість визначають у частках одиниці за формулою

(2.2)

або у відсотках за формулою

, (2.3)

де V_пор – об’єм пор у зразку матеріалу, см³;

V_заг – загальний об’єм зразка, з урахуванням пор, см³;

V_іст – істинний об’єм зразка, без пор, см³;

_сер – середня густина матеріалу, г/см³;

 – істинна густина матеріалу, г/см³.

Найважливіші властивості матеріалів – міцність, теплопровідність, водопоглинення, водонепроникність тощо залежать від ступеня і характеру пористості матеріалу.

Пористість різних природних кам’яних матеріалів коливається від 0,3% (габро) до 38% (вапняк).

Пустотність характеризується ступенем заповнення загального об’єму сипких матеріалів міжзерновими пустотами. Пустотність обчислюють за формулами:

(2.4)

або

%, (2.5)

де _н – насипна густина матеріалу, г/см³;

_сер – середня густина матеріалу, г/см³.

2.3 Визначення водопоглинення

Водопоглинення характеризується здатністю сухих матеріалів втягувати й утримувати воду. Воно характеризується ступенем заповнення об’єму матеріалу водою (об’ємне водопоглинення).

Однак часто прийнято виражати водопоглинення стосовно маси матеріалу в сухому стані.

Для обчислення водопоглинення (%) за об’ємом і за масою користуються формулами:

; (2.6)

, (2.7)

де m – маса сухого матеріалу, г;

m₁ – маса матеріалу, насиченого водою, г;

V – об’єм матеріалу (зразка), см³.

У даній лабораторній роботі визначається водопоглинення керамічної цегли, для чого спочатку необхідно зробити виміри по довжині, ширині, висоті зразка й обчислити його об’єм. Після чого зразок поміщають у сушильну шафу і висушують до постійної маси при температурі 105110 ºС. Після охолодження зразка його зважують з точністю до 1 г. Зразок встановлюють вертикально у ванну, яку заповнюють водою (при температурі 205 ºС) до 1/3 висоти цегли, та витримують 12 годин. Потім рівень води підвищують до 2/3 висоти зразка і витримують ще 12 годин, після чого він цілком покривається водою, так щоб шар води над зразком був не менше 2 см, на 24 години. Після закінчення доби зразок виймають, дають стекти воді, обтирають вологою тканиною і зважують з точністю до 1 г. Водопоглинення обчислюється за формулами (2.6) або (2.7).

Контрольні запитання

1 Що таке насипна густина?

2 Що таке пористість та пустотність матеріалу, і від чого вона залежить?

3 Як визначається водопоглинення?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА 3

КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ

3.1 Сировина для одержання кераміки і керамічні вироби

Керамікою називають широке коло матеріалів і виробів у вигляді штучного каменю, отриманого шляхом випалу до спікання (900÷1300 ºC) попередньо підготовленої керамічної маси з необхідними добавками, узятими в строго визначеному співвідношенні, й одержанням керамічного черепка. Після випалу керамічні матеріали набувають значної міцності, водостійкості, морозостійкості і ряду інших властивостей.

Керамічні будівельні вироби поділяють на дві основні групи: пористі і щільні. Пористі керамічні вироби поглинають більше 5 % води (по масі). Пористу структуру мають стінові, покрівельні і облицювальні матеріали, а також стінки дренажних труб і ін.

Щільні керамічні вироби поглинають менше 5 % води. Щільну структуру мають плитки для підлоги, дорожня цегла, каналізаційні труби.

За призначенням керамічні матеріали і вироби поділяють на такі види:

- стінові вироби – цегла, камені пустотілі і панелі з них;

- покрівельні вироби – черепиця;

- облицювальні вироби – лицьова цегла, архітектурно-художні деталі, карнизи, кутики, облицювальні плитки;

- санітарно-технічна кераміка – ванни, унітази;

- дренажні і каналізаційні вироби – дренажні і каналізаційні труби;

- вогнетривкі вироби;

- спеціальна кераміка;

- пористий гравій – керамзит.

Сировиною для виробництва керамічних виробів є каоліни і глини, що застосовуються як у чистому вигляді, так і в суміші з добавками (спіснюючими, пороутворюючими, плавнями, пластифікаторами й ін.).

Під каолінами і глинами розуміють природні водні алюмосилікати з різними домішками, здатні при змішуванні з водою утворювати пластичне тісто, після формування і висихання зберігають додану форму, і після випалу набувають властивостей штучного каменю.

Каоліни – складаються майже винятково з мінералу каолініту і містять значну кількість часток з розміром менше 0,01 мм, після випалу зберігають білий колір.

Глини – більш різноманітні за мінеральнім складом, вони більше забруднені мінеральними й органічними домішками. Глиниста речовина (з частками менше 0,005 мм) складається переважно з каолініту, монтморилоніту Al₂O₃·4SiО₂·n₂O, галуазиту Al₂O₃·2SiО₂·4H₂O.

Спіснюючі добавки уводяться до складу керамічної маси для зниження пластичності і зменшення повітряної і вогневої усадки глин. Як спіснюючі добавки використовують шамот, дегідратовану глину, кварцовий пісок, золу ТЕС, гранульований доменний шлак.

Пороутворюючі матеріали вводять у сировинну масу для одержання легких керамічних виробів з підвищеною пористістю і зниженою теплопровідністю. Використовують речовини, що при випалі дисоціюють з виділенням газу (СО₂ – мелену крейду, доломіт) або вигорають.

Плавні додають у глину для зниження температури її спікання. До них відносять: польові шпати, залізну руду, доломіт, магнезит, тальк і ін.

Усадка характеризується зменшенням лінійних розмірів і об’єму глиняного сирцю при його сушінні (повітряна усадка) і випалі (вогнева усадка). Усадку виражають у відсотках від первісного розміру виробу.

У_пов = ;

У_вог = ;

У_заг = У_пов + У_вог,

де У_пов – повітряна усадка;

У_вог – вогнева усадка;

У_заг – загальна усадка;

V₁, V₂ і V₃ – об’єм матеріалу відповідно первісний, після сушіння і після випалу.

ЦЕГЛА ТА КАМЕНІ КЕРАМІЧНІ

Керамічні цегла і камені (ДСТУ Б В.2.7-61:2008) належать до стінових керамічних виробів. Виготовляють їх із легкоплавких глин з добавками й без, застосовують для кладки зовнішніх і внутрішніх стін, для виготовлення стінових панелей і блоків.

Цегла має такі розміри: одинарна – 250×120×65 мм; потовщена – 250×120×88 мм; модульна – 288×138×63 мм, модульна потовщена – 288×138×88 мм; потовщена з горизонтальним розташуванням пустот – 250×120×138 мм.

Камені виготовляють таких розмірів: звичайний – 250×120×138 мм; укрупнений – 250×250×138 мм; модульний – 288×138×138 мм; модульний укрупнений – 288×288×88 мм; укрупнений з горизонтальним розташуванням пустот – 250×250×120 мм.

Цеглу виготовляють повнотілою (без пустот або з технологічними пустотами об'ємом до 13 % для запобігання структурному утворенню завилькуватості) i пустотною, а камені – лише пустотними.

Всі вироби, за винятком призначених для кладки фундаментів, можуть виготовлятись пористими.

Маса цегли у висушеному стані має бути не більше 4,3 кг, каменів – не більше 16 кг.

Залежно від границі міцності цегли при стиску й згину, а каменю – тільки при стиску їх поділяють на марки 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300.

Густина цегли залежно від типорозміру і наявності пустот коливається в мажах 1400÷1600 кг/м³; теплопровідність 0,7÷0,82 Вт/(м·ºС); водопоглинення для повнотілих виробів має бути не менше 8 % за масою, для пустотних – не менше 6 % за масою; марка за морозостійкістю від F 15 до F 50 (кількість циклів перемінного заморожування і відтавання). Цеглу застосовують для кладки стін будинків, виготовлення збірних стінових панелей, кладки печей і димарів.

Приклади умовних позначень керамічної цегли та каменів:

1 Цегла керамічна рядова повнотіла марки за міцністю 100, густиною 1650 кг/м³, марки за морозостійкістю F 15:

Цегла КРПв - 1/100/1650/15 ДСТУ Б В.2.7-61:2008.

2 Цегла керамічна рядова пустотна марки за міцністю 150, густиною 1480 кг/м³, марки за морозостійкістю F 15:

Цегла КРПр - 1/150/1480/15 ДСТУ Б В.2.7-61:2008.

3 Камінь керамічний рядовий пустотний марки за міцністю 100, густиною 1460 кг/м³, марки за морозостійкістю F 15:

Камінь КР - 6/100/1460/15 ДСТУ Б В.2.7-61:2008.

КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ ДЛЯ ОБЛИЦЮВАННЯ ФАСАДІВ

Фасадні керамічні вироби (ДСТУ Б.В.2.7-67-98) застосовують для облицювання фасадів і цоколів будинків, підземних переходів і т.д.

Плитки виготовляють з глазурованою і неглазурованою, гладкою та рельєфною, одно- або багатокольоровою поверхнею квадратної або прямокутної форми з різними розмірами (від 5050 мм до 300150 мм, завтовшки 7 і 9 мм). Їхнє водопоглинення – не більше 5 %.

Лицьові цегли є оздоблювальними й конструктивними несучими елементами, що працюють у цегельній кладці разом зі звичайною цеглою. Цегли застосовують для кладки й одночасного облицювання зовнішніх і внутрішніх стін будівель і споруд, тому вони мають дві лицьові поверхні. Залежно від форми й призначення їх поділяють на рядові (гладка частина стіни) й профільні (карнизи, пояси тощо).

ПЛИТКИ ДЛЯ ВНУТРІШНЬОГО ОБЛИЦЮВАННЯ

Керамічні плитки для внутрішнього облицювання (ГОСТ 6141) використовуються для облицювання стін і для покриттів підлог.

Залежно від сировини плитки для стін підрозділяються на майолікові та фаянсові. У сировинну суміш для виготовлення майолікових плиток входить каолін, польовий шпат, кварцовий пісок. Фаянсові плитки отримують із сировинної суміші вогнетривких глин, кварцового піску і добавок плавнів.

Класифікація плиток:

1. за характером поверхні: плоскі, рельєфно-орнаментовані, фактурні;

2. від типу глазурі: прозорі, блискучі, матові, одноколірні, багатоколірні;

3. за формою та призначенням: квадратна, прямокутна, фасонна кутова й карнизна, фасонна (плінтусна, фризова тощо).

Водопоглинення плиток для внутрішнього облицювання – не більше 16 %. Границя міцності при вигині – 12 МПа.

Основні розміри плиток: 100×100; 108×108; 150×150; 150×75; 152×76; 200×15; 200×35; 200×50; 200×75; 200×150; 200×200; 250×200; 300×50; 300×100; 300×200; 300×300 мм.

Глазуровані плитки застосовують для облицювання стін кухонь і санітарних вузлів житлових будинків, шкіл, дитячих садків, лікарень і поліклінік, станцій метрополітенів тощо.

Стіни, облицьовані керамічною плиткою, стійкі до вологого й агресивного середовища, відповідають естетичним і санітарно-гігієнічним вимогам.

Керамічні плитки для підлог (ДСТУ Б.В.2.7.-117-2002) виготовляють з тугоплавких і вогнетривких каолінових глин з добавкою спіснюючих речовин і, якщо буде потрібно, домішок для фарбування.

Підлоги з керамічних плиток практично водонепроникні, легко миються, стійкі до дії кислот і лугів. Плитки виготовляють квадратні (від 150×150 мм до 500×500 мм), прямокутні (від 200×150 мм до 500×300 мм), багатогранні й фігурні товщиною – 10÷13 мм.

Плитки застосовують для підлог у приміщеннях з вологим режимом і підвищеною інтенсивністю руху (вокзалах, станціях метрополітенів, лазнях, вестибюлях установ тощо).

Великорозмірні плити типу "керамограніт" використовують для улаштування підлог. Керамічний "граніт" випускають з глинистої сировини з добавкою мінеральних пігментів та наповнювачів. Плити формують на пресі під тиском близько 50 МПа, а потім випалюють при температурі 1250 ºС. Отримані вироби не поступаються природному граніту за показниками міцності, зносостійкості, водопоглинення, морозостійкості.

ПОКРІВЕЛЬНІ КЕРАМІЧНІ МАТЕРІАЛИ

Керамічна черепиця (ДСТУ Б В.2.7-28-95) – один з найдавніших довговічних і вогнестійких покрівельних матеріалів. Випускають черепицю пазову стрічкову, пазову штамповану, плоску стрічкову і конкову. Черепиця може виготовлятися без покриття або з різними видами покриттів (глазур, ангоб тощо). Покриття може бути блискучим або матовим, прозорим або глухим.

Випалюють черепицю при температурі 950÷1000 ºС. Черепиця, залежно від конструкції, має витримувати руйнівне навантаження на злом у повітряно-сухому стані в межах 80÷150 кгс (800÷1500 Н). Морозостійкість – не менше 25 циклів перемінного заморожування і відтавання в насиченому водою стані при пластичному способі формування і 35 – при напівсухому.

ДРЕНАЖНІ ТРУБИ І КАНАЛІЗАЦІЙНА КЕРАМІКА

Дренажні та каналізаційні труби належать до виробів керамічних кислототривких (ДСТУ Б А.1.1-17-94).

Дренажні труби виготовляють з цегельних високопластичних глин. Застосовують їх при меліоративних роботах, а також при осушенні ґрунтової основи під будинками і спорудами.

Каналізаційні труби виготовляють із пластичних вогнетривких або тугоплавких глин.

Поверхня каналізаційних труб зовні й усередині покрита кислотостійкою глазур'ю. Водопоглинення черепка труб 9÷11%. Каналізаційні труби застосовують для відводу стічних вод.

ВОГНЕТРИВКІ ВИРОБИ

Вогнетривкими називають вироби, застосовувані для будівництва промислових печей, топок і апаратів, що працюють при високих температурах. За вогнетривкістю вироби можуть бути вогнетривкими (1580÷1700 ºС), високовогнетривкими (1700÷2000 ºС), вищої вогнетривкості (більше 2000 ºС).

Найбільш поширені в будівництві і промисловості будівельних матеріалів кремнеземисті й алюмосилікатні вогнетривкі вироби.

Кремнеземисті вогнетриви застосовують двох типів: кварцове скло і динасові.

Кварцове скло виготовляють литтям з розплавленого кварцу, він містить SiО₂ не менше 99 %, має високу термостійкість і кислотостійкість; при 1100 ºС розскловується і кришиться. Кварцова кераміка використовується для футерування котлів великої потужності, труб для подачі розплавленого алюмінію, а також для виробництва хімічної апаратури.

Динасові вогнетриви виготовляють випалом при температурі вище 870 ºС кварцової сировини на вапняному або іншому в'яжучому; містить не менше 93 % SiО_2, вогнетривкість 1600÷1700 ºС. Застосовується для кладки склепінь сталеплавильних, скловарних і коксових печей.

Шамотні вогнетриви (алюмосилікатні) виготовляють випалом суміші шамоту (порошок випаленої і розмеленої вогнетривкої глини) і вогнетривкої глини. Вогнетривкість – 1250÷1400 ºС, застосовуються для кладки і футерування сталеплавильних печей, для футерування обертових печей випалу цементного клінкера, облицювання топок парових котлів, димоходів і ін.