Содержание:
Введение...........................................................................................................................3
1. Состояние и перспективы развития промышленности............................................4
2. Характеристика сырьевых материалов......................................................................6
3. Номенклатура выпускаемой продукции.................................................................11
4. Технологическая схема производства.....................................................................13
5. Описание технологической схемы...........................................................................14
Список использованных источников...........................................................................19
Введение
Керамическую черепицу применяют в качестве кровельного материала преимущественно в индивидуальном жилищном строительстве. По сравнению с другими видами кровельных материалов она имеет следующие преимущества: огнестойкость, долговечность и незначительные расходы по уходу за ней.
Кроме того, запасы дешёвого сырья (глины) для её изготовления практически неограниченны. Керамическая черепица различных видов относится к традиционным кровельным материалам и находит применение в строительстве многих стран Западной Европы.
Выпускаемая за рубежом керамическая черепица характеризуется высокой прочностью, огне- и морозостойкостью, водонепроницаемостью, цветостойкостью. Изделия отличаются высоким качеством и могут применяться в различных климатических условиях. Срок службы черепицы – 40 – 50 лет и более. Черепица производится различной конфигурации, а также различных цветов. Получила распространение глазурованная черепица и черепица с покрытиями других видов.
Керамическую черепицу применяют при устройстве покрытий, выдерживающих нагрузку более 1,465 Н/см2. В зависимости от типа черепицы рекомендуются различные способы её укладки и крепления.
К недостаткам керамической черепицы можно отнести высокую энергоёмкость её производства, а также трудоёмкость устройства черепичных кровель. Однако высокая долговечность черепицы и небольшие эксплуатационные расходы обусловливают её конкурентоспособность по сравнению с другими кровельными материалами.
Таким образом, керамическая черепица, сочетая в себе надёжность, долговечность и хорошие декоративные качества остаётся востребованным на рынке кровельным материалом, особенно для малоэтажного частного строительства.
1. Состояние и перспективы развития промышленности
В настоящее время зарубежной промышленностью керамическая черепица выпускается в широком ассортименте на современных высокопроизводительных заводах, оснащённых автоматизированным оборудованием. Введение в эксплуатацию новых заводов с эффективным оборудованием позволило снизить стоимость керамической черепицы и приблизить её к стоимости цементно-песчаной черепицы.
Ассортимент выпускаемой за рубежом керамической черепицы включает плосковолновую, сдвоенную, сдвоенную чешуйчатую, ленточную пазовую, марсельскую пазовую, марсельскую глазурованную, желобчатую и другую черепицу.
В 1990-е годы за рубежом стало развиваться производство крупноразмерной керамической черепицы, применение которой даёт возможность заметно снизить трудоёмкость её укладки.
Широкий ассортимент керамической черепицы выпускается фирмами Германии, Франции, Италии. Многие заводы оснащены самой передовой техникой: вакуум-прессами, тоннельными печами, управляемыми ЭВМ, сушиьными установками, автоматизированным оборудованием по доставке и укладке изделий.
Помимо черепицы перечисленных видов зарубежной промышленностью выпускаются разнообразные специальные керамические элементы, предназначенные для устройства черепичных кровель. Применение таких элементов повышает долговечность черепичных кровель и снижает эксплуатационные расходы. Производится коньковый элемент, состоящий из металлической плоской части с двумя рядами отверстий, обеспечивающей вентиляцию кровли, и керамической верхней части, защищающей нижнюю часть от дождевой и талой воды. Керамический элемент с вентиляционным отверстием предназначен для устройства вентиляции кровель, керамические карнизные элементы – для защиты стен от атмосферных воздействий, а также для стока дождевой и талой воды.
В России и странах СНГ керамическая черепица выпускается рядом предприятий, однако объём её производства относительно невелик.
Отечественной промышленностью выпускаются следующие виды керамической черепицы: пазовая штампованная, пазовая ленточная, плоская ленточная, S-образная, коньковая и некоторые другие.
В России пазовая штампованная черепица выпускается Прохладненским кирпично-черепичным заводом, на Украине – Коломыйским заводоуправлением строительных материалов. Ленточная и S-образная черепица производятся на Украине Хустским заводом строительных материалов, в Белоруссии – Обольским заводом керамических изделий.
В СНГ в 1990-е годы рядом организаций выполнены разработки, направленные на развитие производства керамической черепицы. В частности, Могилёвским филиалом ВНИИстроммаш (Белоруссия) разработана технологическая линия по производству ленточной черепицы производительностью 3 – 5 млн. шт. в год.
НИИСМ (Минск, Белоруссия) разработана поточно-конвейерная линия для производства керамической черепицы методом сухого прессования. Основные характеристики выпускаемой по данной технологии черепицы: размеры — 365х155 мм; морозостойкость – 100 циклов; масса 1 м2 кровли – 42 – 45 кг.
Институтом Роспроектагропромстройматериалы (Саратов, Россия) разработана проектно-конструкторская документация на линию производства керамической черепицы производительностью 2 – 2,5 млн. шт. в год.
АО ВНИИстром им. П.П. Будникова разработана технология производства керамической черепицы методом полусухого прессования. В соответствии с предложенным методом для изготовления черепицы может применяться разнообразное сырьё: малопластичные глины, суглинки, аргиллитовые породы, глинистые сланцы, отходы углеобогащения, лессовидные суглинки.
Применение специальной обработки поверхности черепицы даёт возможность уменьшить её водопоглощение. Предложенная конструкция ленточной черепицы позволяет увеличить кроющую способность изделий, уменьшить расход сырья, снизить массу кровли. Черепица характеризуется улучшенными декоративными качествами, а также повышенной биологической стойкостью.
Керамическая черепица применяется в качестве кровельного материала уже несколько столетий. Однако и в настоящее время производство этой продукции
остаётся актуальным. Несмотря на большой ассортимент кровельных материалов, керамическая черепица занимает определённую нишу на рынке и остаётся востребованной. Перспективным направлением является модернизация традиционной технологии производства, применение автоматизированных установок, разработка продукции, удобной для укладки при устройстве кровель.
2. Характеристика сырьевых материалов
Черепица изготовляется из легкоплавких пластичных глин, в качестве добавок могут использоваться различные виды песка. Возможна широкая цветовая гамма.
Основным материалом для производства керамической черепицы является глинистое сырьё, применяемое в чистом виде, а чаще в смеси с добавками – отощающими, породообразующими, плавнями, пластификаторами и др.
Глинистое сырьё (глины и каолины) – продукт выветривания изверженных полевошпатных горных пород. Глинистые минеральные частицы диаметром 0,005 мм и менее обеспечивают способность при затворении водой образовывать пластичное тесто, сохраняющее при высыхании приданную форму, а после обжига приобретающее водостойкость и прочность камня.
Помимо глинистых частиц в составе сырья имеется определённое содержание пылевидных частиц с размерами зёрен 0,005 – 0,16 мм и песчаных частиц с размерами зёрен 0,16 – 2 мм.
Глинистые частицы имеют пластинчатую форму, между которыми при смачивании образуются тонкие слои воды, вызывая набухание частиц и способность их к скольжению относительно друг друга без потери связности. Поэтому глина, смешанная с водой, даёт легко формуемую пластичную массу. При сушке глиняное тесто теряет воду, уменьшаясь в объёме — процесс называется воздушной усадкой. Чем больше в глинистом сырье глинистых частиц, тем выше пластичность и воздушная усадка глин. В зависимости от этого глины подразделяются на высокопластичные, среднепластичные, умереннопластичные, малопластичные и непластичные.
Высокопластичные глины имеют в своём составе до 80 – 90% глинистых частиц, число пластичности более 25, водопотребность более 28%, воздушную усадку 10 – 15%.
Средне- и умереннопластичные глины имеют в своём составе 30 – 60% глинистых частиц, число пластичности 15 – 25, водопотребность 20 – 28% и воздушную усадку 7 – 10%.
Малопластичные глины имеют в своём составе от 5 до 30% глинистых частиц, водопотребность менее 20%, число пластичности 7 – 15 и воздушную усадку 5 – 7%.
Непластичные глины не образуют пластичное удобоформуемое тесто.
Глины с содержанием глинистых частиц более 60% называют «жирными», отличаются высокой усадкой, для снижения которой в глины добавляют «отощающие» добавки. Глины с содержанием глинистых частиц менее 10 – 15% — «тощие» глины, в них при производстве изделий вводят тонкодисперсные добавки, например, бентонитовую глину.
Гранулометрический состав глин тесно связан с минералогическим составом. Песчаные и пылевидные фракции представлены главным образом в виде остатков первичных минералов (кварца, полевого шпата, слюды и др.). Глинистые частицы в большинстве своём состоят из вторичных минералов: каолинита Al2O3·2SiO2·2H2O, монтмориллонита Al2O3·4SiO2·4H2O, гидрослюдистых и их смесей.
Глины с преобладающим содержанием каолинита имеют светлую окраску, слабо набухают при взаимодействии с водой, характеризуются тугоплавкостью, малопластичны и малочувствительны к сушке.
Глины, содержащие монтмориллонит, весьма пластичны, сильно набухают, чувствительны к сушке и обжигу с проявлением искривлений изделий и растрескивания. Высокодисперсные глинистые породы с преобладающим содержанием монтмориллонита называют бентонитами.
Химический состав глин выражается содержанием и соотношение различных оксидов. В керамическом сырье содержание важнейших оксидов колеблется в широких пределах:
SiO2– 40-80%, Al2O3– 8-50%, Fe2O3– 0-15%, CaO – 0.5-25%, MgO – 0-4%.
Увеличение содержания Al2O3 повышает пластичность и огнеупорность глин.
Повышение содержания SiO2 снижает пластичность глин, увеличивает пористость, снижает прочность обожжённых изделий.
Присутствие оксидов железа снижает огнеупорность глин, тонкодисперсного известняка – придаёт светлую окраску и понижает огнеупорность глин, а камневидные включения его являются причинами появления «дутиков» и трещин в керамичеких изделиях.
Оксиды щелочных металлов (Na2O, K2O) являются сильными плавнями, способствуют повышению усадки, уплотнению черепка и повышению его
прочности.
Наличие в глинистом сырье растворимых солей сульфатов и хлоридов натрия, кальция, магния и железа вызывает появление белых выцветов на поверхности изделий.
В настоящее время природные глины в чистом виде редко являются кондиционным сырьём для производства керамических изделий. В связи с этим их применяют с введением добавок различного назначения.
Отощающие добавки – вводят в пластичные глины для уменьшения осадки при сушке и обжиге и предотвращения деформаций и трещин в изделиях. К ним относятся дегидратированная глина, шамот, шлаки, золы, кварцевый песок.
Порообразующие добавки – вводят для повышения пористости черепка и улучшения теплоизоляционных свойств керамических изделий. К ним относятся древесные опилки, угольный порошок, торфяная пыль. Эти добавки являются одновременно и отощающими.
Плавни – вводят с целью снижения температуры обжига керамических изделий. К ним относятся полевые шпаты, железная руда, доломит, магнезит, тальк, песчаник, пегматит, стеклобой, перлит.
Пластифицирующие добавки вводят с целью повышения пластичности сырьевых смесей при меньшем расходе воды. К ним относятся высокопластичные глины, бентониты, поверхностно-активные вещества.
Специальные добавки – для повышения кислотостойкости керамических изделий в сырьевые смеси добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом; для получения некоторых видов цветной керамики в сырьевую смесь добавляют оксиды металлов (железа, кобальта, хрома, титана и др.).
Таким образом, для производства керамической черепицы будем использовать высокопластичные «жирные» глины (с содержанием глинистых веществ более 60%) с добавлением в качестве отощающей добавки кварцевого песка для предотвращения появления в изделиях трещин.
Табл. 1. Исходные сырьевые материалы
Наименование показателей
Величина
Глины
Содержание глинистых частиц, %
80 – 90
Число пластичности
>25
Водопотребность, %
>28
Воздушная усадка, %
10 – 15
Песок ГОСТ 8736
Модуль крупности
1,5 – 2,0
Полный остаток на сите №063, %
10 — 30
Содержание пылевидных и глинистых частиц, %
3
Вода ГОСТ 23732-99
Макс. допустимое содержание растворимых солей, мг/л
2000
Макс. допустимое содержание взвешенных частиц, мг/л
200
3. Номенклатура выпускаемой продукции
В настоящее время вырабатывают черепицу пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную, волнистую ленточную, S-образную ленточную и коньковую желобчатую.
В зависимости от назначения черепица может быть: рядовая – для покрытия скатов кровли; коньковая – для покрытия коньков и рёбер; разжелобочная – для покрытия разжелобов; концевая – для замыкания рядов, специального назначения.
Основные технические характеристики глиняной черепицы по ГОСТ 1808 – 71 приведены в табл. 2.
К керамической черепице предъявляются следующие требования:
1) черепица должна быть правильной формы с гладкими поверхностями и ровными краями, без отбитостей, трещин и известковых включений;
2) допускаются искривления поверхности и рёбер черепицы не более чем на 3 мм;
3) отбитие или смятие шипов допускается не более 1/3 высоты шипа;
4) отклонения линейных размеров по длине должны составлять не более чем 5 мм, по ширине – не более 3 мм. Исключение составляет пазовая штампованная черепица.
Цвет черепицы должен быть однотонным, а структура черепицы в изломе однорядной.
Таким образом, исходя из анализа сырьевых материалов для изготовления черепицы, в курсовой работе в качестве основных материалов применяются высокопластичные глины и кварцевый песок; выпускается плоская ленточная черепица.
Табл. 2. Номенклатура выпускаемой продукции
Тип черепицы
Размеры/отклонения
Вес
1м2, кг
Кол-во на 1 м2 кровли
Эскиз
Длина
Ширина
Пазовая штамп
310
333 +24
347 -8
190
190 +10
208 -16
50
50
50
17
16
14
Пазовая ленточная
333
333 +/-5
333
200
180 +/-3
140
50
50
50
15
17
21,4
Плоская ленточная
160 +/-5
155 +/-3
65
40,3
Волнистая ленточная
200 +/-5
200 +/-3
50
17
S-образная ленточная
333
290+/-5
175
175+/-3
50
50
17
20
4. Технологическая схема производства
В настоящее время для производства керамической черепицы применяются следующие технологии: пластическое формование, метод полусухого прессования, жёсткое формование, шликерный способ.
Пластический способ – исходные материалы при естественной влажности или предварительно высушенные смешивают с добавками воды до получения теста с влажностью от 18 до 28%. Этот способ производства керамических материалов является наиболее простым, наименее металлоёмким и поэтому наиболее распространённым. Он применяется в случаях использования среднепластичных и умереннопластичных, рыхлых и влажных глин с умеренным содержанием посторонних включений, хорошо размокающих и превращающихся в однородную массу.
Полусухой способ производства распространён меньше, чем способ пластического формования. Керамические изделия по этому способу формуют из шихты влажностью 8 – 12% при давлениях 15 – 40 МПа. Недостаток способа в том, что его металлоёмкость почти в 3 раза выше, чем пластического. Но в то же время он имеет и существенные преимущества. Длительность производственного цикла сокращается почти в 2 раза; изделия имеют более правильную форму и точные размеры; до 30% сокращается расход топлива; в производстве можно использовать малопластичные тощие глины с большим количеством добавок отходов производства – золы, шлаков и др. Сырьевая масса представляет собой порошок, который должен иметь около 50% частиц менее 1 мм и 50% размером 1 – 3 мм.
Прессование изделий производится в прессформах на одно или несколько отдельных изделий на гидравлических или механических прессах.
Сухой способ производства керамической черепицы является разновидностью современного развития полусухого производства изделий. Пресс-порошок при этом способе готовится с влажностью 2 – 6%. При этом устраняется полностью необходимость операции сушки.
Шликерный способ применяется, когда изделия изготавливаются из многокомпонентной массы, состоящей из неоднородных и трудноспекающихся глин и добавок, и когда требуется подготовить массу для изготовления изделий сложной формы методом литья из массы с содержанием воды до 40%.
5. Описание технологической схемы (рис. 1)
В курсовой работе для производства керамической черепицы применяем жёсткий способ. Жёсткий способ формования является современной разновидностью пластического способа. Влажность формуемой массы при этом способе колеблется от 13% до 18%. Формование осуществляется на мощных вакуумных шнековых или гидравлических прессах. Вакуум-пресс создаёт давление прессования до 20 МПа. В связи с тем, что жёсткое формование осуществляется при относительно высоких 10 – 20 МПа давлениях, могут быть использованы менее пластичные и с естественной низкой влажностью глины. При этом способе требуются меньшие энергетические затраты на сушку, а получение изделия-сырца с повышенной прочностью позволяет избежать некоторые операции в технологии производства, обязательные при пластическом способе. Формование при жёстком способе завершается разрезкой непрерывной ленты отформованной массы на отдельные изделия на резательных устройствах.
Глину для производства керамической черепицы добывают в карьерах, расположенных обычно в непосредственной близости от завода. Глины обычно залегают на небольшой глубине при мощности вскрыши 0,5 – 1,0 м. Мощность полезной толщины месторождений колеблется от одного до десятков метров. Добычу глин осуществляют открытым способом различными экскаваторами: одно- и многоковшовыми, роторными и реже скреперами. Методы добычи и оборудование для разработки месторождений выбирают в зависимости от мощности глиняного пласта, характера его залегания и других факторов. Транспортируют глину из карьера на завод рельсовым транспортом в опрокидных вагонетках.
Для бесперебойной работы производства на заводе керамической черепицы должен быть определённый запас сырья. С этой целью на заводах создают склады для промежуточного запаса сырья. Добыча глины зимой, а также предохранение её от смерзания при транспортировании сильно усложняют производство, поэтому стремятся осуществить добычу в тёплое время года и создавать запасы глины на складах завода для работы зимой.
Добытая в карьере и доставленная на завод глина в естественном состоянии обычно непригодна для формования изделий, для решения этой проблемы
необходимо вылёживание сырья и разрушение природной структуры глины, удаление вредных примесей, измельчение крупных включений, смешение глины с добавками, а также её увлажнение для получения удобоформуемой массы.
Глина подвергается последовательно грубому дроблению и тонкому измельчению. Первичное дробление глины осуществляют в глинорыхлителе, представляющим собой самоходную тележку, совершающую возвратно-поступательное движение над ящичным питателем. Рабочим органом глинорыхлителя является вращающийся вал с насаженными на него фрезами. Дробление глины до кусков размером 10 – 15 мм осуществляют в дробилках. Вязкие пластичные глины дробят на гладких дифференциальных вальцах грубого помола.
Измельчённые глину и отощающие добавки дозируют для предварительного перемешивания в двухвальный смеситель. При необходимости сюда подают также воду или пар.
Формование производится на прессе с вакуумированием и подогревом. Вакуумирование и подогрев массы при прессовании позволяет улучшить её формовочные свойства, увеличить прочность обожжённого изделия до 2-х раз.
В корпусе пресса вращается шнек-вал с винтовыми лопастями. Глиняная масса перемещается с помощью шнека к сужающейся переходной головке, уплотняется и выдавливается через мундштук в виде непрерывной ленты под давлением. Меняя мундштук, можно получать глиняный брус различных форм и размеров. Брус, непрерывно выходящий из пресса, разрезает на отдельные части в соответствии с размерами изготовляемых изделий автоматическое резательное устройство. Пресс снабжён вакуум-камерой, в которой из глиняной массы частично удаляется воздух.
Перед обжигом изделия должны быть высушены до содержания влаги 5 – 6% во избежание неравномерной усадки, искривлений и растрескивания при обжиге. Применяется искусственная сушка в камерных сушилках периодического действия в течение от нескольких до 72-х часов в зависимости от свойств сырья и влажности сырца. Сушка производится при начальной температуре теплоносителя – отходящих газов от обжиговых печей или подогретого воздуха с температурой 120 – 150℃.
Обжиг – важнейший и завершающий процесс производства керамической черепицы. Этот процесс включает в себя три периода: прогрев сырца, собственно обжиг и регулируемое охлаждение.
При нагреве сырца до 120℃ удаляется физически связанная вода и керамическая масса становится непластичной. Но если добавить воду, пластические свойства массы сохраняются.
В температурном интервале от 450 до 600℃ происходит отделение химически связанной воды, разрушение глинистых минералов и глина переходит в аморфное состояние. При этом и при дальнейшем повышении температуры выгорают органические примеси и добавки, а керамическая масса безвозвратно теряет свои пластические свойства.
При 800℃ начинается повышение прочности изделий, благодаря протеканию реакций в твёрдой фазе на границах поверхностей частиц компонентов.
В процессе нагрева до 1000℃ возможно образование новых кристаллических силикатов, например силлиманита Al2O3·SiO2, а при нагреве до 1200℃ и муллита 3Al2O3·2SiO2.
Одновременно с этим легкоплавкие соединения керамической массы и минералы плавни создают некоторое количество расплава, который обволакивает нерасплавившиеся частицы, стягивает их, приводя к уплотнению и усадке массы в целом (огневой усадке). В зависимости от вида глин она составляет от 2% до 8%. После остывания изделие приобретает камневидное состояние, водостойкость и прочность. Интервал температур обжига для керамической черепицы лежит в пределах от 1100℃ до 1300℃.
Обжиг керамической черепицы осуществляется в туннельных печах. Туннельная печь представляет собой сквозной канал длиной до 100 м, в котором по рельсам движутся вагонетки с обжигаемыми изделиями. Высушенную черепицу загружают на вагонетки с подом из огнеупорного кирпича. Толкатель подаёт загруженную вагонетку в печь, выталкивая при этом с противоположного конца вагонетку с обожжённой и охлаждённой черепицей. Туннельные печи работают на газе или тонкомолотом угле. В печах удобно механизировать процессы загрузки и выгрузки, а также автоматизировать процесс обжига и его регулирование.
Наличие стабильных температурных зон и противоточное движение обжигаемого материала навстречу потоку газов позволяет получить в туннельных печах высокие температуры нагрева (до 1700℃), что даёт возможность интенсифицировать процесс спекания. Туннельные печи значительно производительнее и экономичнее кольцевых печей, кроме того, количество брака в изделиях значительно ниже. Существенным недостатком туннельных печей является быстрый износ вагонеток.
Обожжённые изделия подлежат выбраковке и сортировке. Качество изделий устанавливают по степени обжига, внешнему виду, форме, размерам, а также по наличию в них различных дефектов.
Выпускаемая продукция должна соответствовать требованиям действующих стандартов и технических условий, поэтому на всех стадиях производства керамической черепицы необходим технический контроль – совокупность операций по обеспечению выпуска продукции высокого качества при оптимальных технико-экономических показателях его производства.
рис.1 Блок-схема производства керамической черепицы
1. Добыча глины
2. Склад сырья
3. Вылеживание
4. Дробление и помол глины
5. Дозирование и приготовление смеси
6. Формование
7. Сушка
8. Обжиг
9. Сортировка
10. Склад готовой продукции
Список использованных источников
Баринова Л.С. и др. Современное состояние и перспективы развития строительного комплекса России//Строительные материалы//2004.-№9-56с.
Белецкий Б.Ф. Строительные машины и оборудование: Справочное пособие для строит. фак. вузов и техникумов, производственников-механизаторов, инженер.- техн. работников строит. орг – Ростов н/Д: Феникс, 2002.-591с.
ГОСТ 21216.0-93. Сырьё глинистое. Общие требования к методам анализа. – М.: Изд-во стандартов, 2001.
ГОСТ 21216.10-93. Сырьё глинистое. Метод определения минерального состава. – М.: Изд-во стандартов, 2001.
ГОСТ 23732-99. Вода для бетонов и растворов. Технические условия.-М: Изд-во стандартов, 1999.
ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов. –М.: Изд-во стандартов,1994.
ГОСТ 3226-93. Глины формовочные огнеупорные. Общие технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 2001.
ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия. – М.: Изд-во стандартов, 1995.
ГОСТ 9169-75. Сырьё глинистое для керамической промышленности… – М.: Изд-во стандартов, 2001.
Исламкулова С.Х. Кровельные материалы для строительства и ремонта индивидуальных домов. – М.: Стройиздат, 1992. – 112 с.
Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (Материаловедение. Строительные материалы): Учеб. издание. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004. – 536 с.
Паращенко О.Д., Шульга А.С., Валешко К.А. Контроль качества строительных материалов. – К.: Будивельник, 1983. – 79 с.
Попов К.Н. Строительные материалы и изделия. – М.: Высш. шк., 2005. – 438 с.