3.2. Технические требования к каменным материалам

Основными показателями качестваприродных каменных материалов являются предел прочности при сжатии (марка материала), средняя плотность, морозостойкость и водостойкость, характеризуемая коэффициентом размягчения. В особых случаях определяют также истираемость, износостойкость, сопротивление удару и другие показатели.

По средней плотностиприродные каменные материалы делят на тяжелые (>1800 кг/м³) и легкие (менее 1800 кг/м³). Попрочности на сжатие(кгс/см²) их делят на марки: 4; 7; 10; 15; 25; 35; 50; 75; 100; 125; 150; 200, далее через 100 до марки 1000.

Марки природных каменных материалов по морозостойкости (количество циклов попеременного замораживания и оттаивания в насыщенном водой состоянии): 10; 15; 25; 50; 100; 200; 300 и 500. Градация покоэффициенту размягчения; 0,6; 0,75; 0,8; 0.9 и 1,0. Коэффициент размягчения камня (отношение предела прочности камня в водонасыщенном состоянии к пределу прочности в сухом состоянии), применяемого для фундаментов, дорожных покрытий, гидротехнических конструкций, должен быть не ниже 0,8, а для наружных стен зданий – не ниже 0,6.

3.3. Добыча, обработка и виды изделий из природного камня

Способ добычи природного камня зависит от условий залегания породы, ее твердости, прочности и трещиноватости.Основные способы добычи: взрывной, с помощью камнекольных инструментов, с помощью камнерезных машин и др.

По виду обработкиприродные каменные материалы делятся на грубообработанные каменные материалы и штучные изделия и профилированные детали.

Грубообработанные материалы:песок, гравий– окатанные (округлые) зерна размером от 5 до 150 мм, получаемые из рыхлых залежей рассевом;щебень – куски камня неправильной формы, получаемые дроблением горных пород с последующим рассевом;бутовый камень– крупные куски камня неправильной формы, получаемые взрывным методом (рваный бут), или плиты неправильной формы (постелистый бут или плитняк), получаемые выламыванием из слоистых пород.

К изделиям из природного камняотносят колотые и пиленые плиты и камни различного назначения.Стеновые камнивыпиливают из мягких горных пород - пористых известняков, вулканических туфов, опок со средней плотностью не более 2100 кг/м³. Размеры основных типов камней: 390х190х188 мм, 390х190х288 мм, 490х240х188 мм. Каждый камень заменяет 8-16 кирпичей.

Наружная облицовка зданийвыполняется из плит и фасонных деталей из плотных и атмосферостойких пород, в основном из глубинных магматических или плотных известняков. Именно использование известняка для облицовки московских зданий дало Москве эпитет «белокаменная».

Внутренняя облицовка зданий производится плитами из пород средней твердости: мрамора, пористых известняков (ракушечника, травертина) и других. Пористые породы, кроме декоративного эффекта, обеспечивают хорошую акустику помещений, благодаря чему рекомендуются для зрительных залов.

Поверхность облицовочных плит может иметь различную фактуру.Ударной обработкойможно получить следующие фактуры:фактуру «скалы»с крупными буграми и впадинами;рифленуюибороздчатуюс правильным чередованием гребней и впадин глубиной от 0,5 до 2 мм;точечную – равномерно шероховатую с углублениями не более 2 мм.

Абразивной обработкойполучают:пиленуюфактуру с глубиной бороздок не более 1 мм;шлифованную– равномерно шероховатую с глубиной рельефа до 0,5 мм;лощеную– гладкую бархатисто-матовую с выявленным рисунком и цветом камня, без блеска;полированную– гладкую с зеркальным блеском, полностью выявляющую цвет и структуру камня.

Плиты для покрытия поладелают из твердых пород (гранит, сиенит и др.) с полированной (реже шлифованной) лицевой поверхностью. Пример использования таких плит – станции и переходы Московского метро. В помещениях с малой интенсивностью движения и высокими требованиями к декоративности могут использоваться плиты из мрамора. Толщина плит пола – не менее 20 мм.

Дорожные каменные материалы, учитывая крайне суровые условия работы, изготавливают из плотных, прочных, износостойких горных пород. К дорожным материалам относятся: бортовые камни, брусчатка, булыжный камень.Бортовые камни, отделяющие проезжую часть от тротуара, делают в основном из гранита и сиенита. Размеры их: длина 1000-2000 мм, ширина 100-200 мм, высота 300-400 мм.

Брусчатка– колотые или тесаные камни из магматических или плотных осадочных горных пород, имеющие форму, близкую к кубу. Брусчаткой вымощена Красная площадь в Москве. Это очень долговечное и декоративное покрытие улиц и площадей.

Булыжный и колотый каменьиспользуют для устройства верхних покрытий дорог 1У и У категорий, оснований под дороги, укрепления откосов земляных сооружений, для берегоукрепительных работ. Такие работы связаны с большими затратами ручного труда, поэтому булыжный камень сейчас применяется редко.

Каменные материалы для гидротехнических сооружений– защитные облицовки мостовых конструкций, шлюзов и плотин, устройство набережных и т.п. Для этих целей применяют плотные магматические породы (гранит, диабаз, сиенит и др.), обладающие высокой морозостойкостью (не менее 300 циклов) и износостойкостью.

8. Изложите технологическую схему производства керамических изделий.

Несмотря на обширный ассортимент керамических изделий, разнообразие их форм, физико-механических свойств и видов сырьевого материала, основные этапы производства керамических изделий являются общими и состоят из следующих операций: добычи сырьевых материалов, подготовки сырьевой массы, формования изделий (сырца), сушки сырца, обжига изделий, обработки изделий (обрезки, глазурования и пр.) и упаковки.

Добычу сырья осуществляют иа карьерах открытым способом — экскаваторами. Транспортировку сырья от карьера к заводу производят автосамосвалами, вагонетками или транспортерами при небольшой удаленности карьера от цеха формовки. Заводы по производству керамических материалов, как правило, строят вблизи месторождения глины, и карьер является составной частью завода.

Подготовка сырьевых материалов состоит из разрушения природной структуры глины, удаления или измельчения крупных включений, смешения глины с добавками и увлажнения до получения удобоформуемой глиняной массы.

Формование керамической массы в зависимости от свойств исходного сырья и вида изготовляемой продукции осуществляют полусухим, пластическим и шликерным (мокрым) способами. При полусухом способе производства глину вначале дробят и подсушивают, затем измельчают и с влажностью 8... 12% подают на формование. При пластическом способе формования глину дробят, затем направляют в глиносмеситель, где она перемешивается с отощающими добавками до получения однородной пластичной массы влажностью 20...25%. Формование керамических изделий при пластическом способе осуществляют преимущественно на ленточных прессах. При полусухом способе глиняную массу формуют на гидравлических или механических прессах под давлением до 15 МПа и более. По шликерному способу исходные материалы измельчают и смешивают с большим количеством воды (до 60%) до получения однородной массы — шликера. В зависимости от способа формования шликер используют как непосредственно для изделий, получаемых способом литья, так и после его сушки в распылительных сушилках.

Современный период развития производства строительной керамики характеризуется интенсификацией технологических процессов, комплексной механизацией, конвейеризацией и автоматизацией производства. В этой связи важную роль отводят разработке новой технологии получения пресс-порошка в распылительных сушилах, сущность которой заключается в совмещении процессов обезвоживания, дробления и сепарации. Сушильная камера представляет собой металлический цилиндр, заканчивающийся внизу конусом, который служит для сбора готового продукта. Отличительными особенностями сушила являются распыление керамической суспензии пучком форсунок при давлении 1,0...1,2 МПа и снижение давления газа внутри сушильной башни. Обезвоживание керамических масс в распылительных сушилах позволило в 3,5 раза повысить производительность труда и в 1,5 раза сократить капитальные затраты.

Обязательной промежуточной операцией технологического процесса производства керамических изделий по пластическому способу является сушка. Если же сырец, имеющ й высокую влажность, сразу после формования подвергнуть обжигу, то он растрескивается. При сушке сырца искусственным способом в качестве теплоносителя используют дымовые газы обжигательных печей, а также специальных топок. При изготовлении изделий тонкой керамики применяют горячий воздух, образуемый в калориферах. Искусственную сушку производят в камерных сушилах периодического действия или туннельных сушилах непрерывного действия.

Процесс сушки представляет собой комплекс явлений, связанных с тепло- и массообменом между материалом и окружающей средой. В результате происходит перемещение влаги из внутренней части изделий на поверхность и испарение ее. Одновременно с удалением влаги частицы материала сближаются и происходит усадка. Уменьшение объема глиняных изделий при сушке происходит до определенного предела, несмотря на то, что вода к этому моменту полностью еще не испарилась. Для получения высококачественных керамических изделий процессы сушки и обжига должны осуществляться в строгих режимах. При нагревании изделия в интервале температур 0...150°С из него удаляется гигроскопическая влага. При температуре 70°С давление водяных паров внутри изделия может достигнуть значительной величины, поэтому для предупреждения трещин температуру следует поднимать медленно (50...80°С/ч), чтобы скорость порообразования внутри материала не опережала фильтрации паров через ее толщу.

Обжиг является завершающей стадией технологического процесса. В печь сырец поступает с влажностью 8...12%, и в начальный период происходит его досушивание. В интервале температур 550... 800°С идет дегидратация глинистых минералов и удаление химически связанной конституционной воды. При этом разрушается кристаллическая решетка минерала и глина теряет пластичность, в это время происходит усадка изделий.

При температуре 200...800°С выделяется летучая часть органических примесей глины и выгораюческих примесей глины и выгорающих добавок, введенных в состав шихты при формовании изделий, и, кроме того, окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения. Этот период характерен весьма высокой скоростью подъема температур — 300...350° С/ч, а для эффективных изделий — 400...450°С/ч, что способствует быстрому выгоранию топлива, запрессованного в сырец. Затем изделия выдерживают при этой температуре в окислительной атмосфере до полного выгорания остатков углерода.

Дальнейший подъем температуры от 800°С до максимальной связан с разрушением кристаллической решетки глинистых минералов и значительным структурным изменением черепка, поэтому скорость подъема температуры замедляют до 100...150°С/ч, а для пустотелых изделий — до 200...220°С/ч. По достижении максимальной температуры обжига изделие выдерживают для выравнивания температуры по всей толще его, после чего температуру снижают на 100...150°С, в результате изделие претерпевает усадку и пластические деформации.

Затем интенсивность охлаждения при температуре ниже 800°С увеличивается до 250...300°С/ч и более. Ограничением спада температуры могут служить лишь условия внешнего теплообмена. При таких условиях обжиг кирпича можно осуществить за 6...8 ч. Однако в обычных туннельных печах скоростные режимы обжига не могут быть реализованы из-за большой неравномерности температурного поля по сечению обжигательного канала. Изделия из легкоплавких глин обжигают при температуре 900...1100°С. В результате обжига изделие приобретает камневидное состояние, высокие водостойкость, прочность, морозостойкость и другие ценные строительные качества.

9. По каким параметрам определяют качество керамического кирпича?