2010-12-27
1
Czerwona
Czerwona ceramika
ceramika
budowlana
budowlana
Ceramika
Κεραµικος
od słowa
κεραµος
(ziemia)
materiał powstały z surowców mineralnych
plastycznych lub proszkowych utrwalony
w procesie wypalania lub spiekania.
2010-12-27
1
Czerwona
Czerwona ceramika
ceramika
budowlana
budowlana
Ceramika
Κεραµικος
od słowa
κεραµος
(ziemia)
materiał powstały z surowców mineralnych
plastycznych lub proszkowych utrwalony
w procesie wypalania lub spiekania.
2010-12-27
2
Klasyfikacja ceramicznych materiałów budowlanych
ceramika budowlana
wypalana
900-1300
o
C
nie wypalana
150-200
o
C
porowata
20% < p < 80%
spieczona
p < 20%
wyroby ceglarskie
zwykłe
cegły, pustaki
ś
cienne
i stropowe, dachówki,
rurki drenarskie
kamionka
klinkier
- cegła budowlana
- cegła drogowa
- płytki
- kształtki
wyroby ceglarskie
szkliwione
cegły, dachówki, kafle
piecowe
wyroby
ogniotrwałe
cegły i kształtki
szamotowe
- rury kanalizacyjne
- wyroby kwasoodporne
- płytki
- kształtki
s
z
tu
c
z
n
e
k
ru
s
z
y
w
a
l
e
k
k
ie
s
p
ie
k
a
n
e
l
u
b
s
p
ę
c
z
n
ia
n
e
wyroby
wapienno-piaskowe
Surowce
Ź
ródło: Małolepszy J. i inni: Materiały budowlane, Podstawy technologii i metody bada
ń
, AGH, 2008
plastyczne
(ilaste)
- iły,
- gliny,
- iłołupki,
- lessy,
- itp.
schudzaj
ą
ce
(drobnoziarniste)
- piasek kwarcowy,
-
Ŝ
u
Ŝ
el,
- popioły lotne,
- m
ą
czka ceglana,
- itp.
poryzuj
ą
ce
(opcjonalnie)
- trociny,
- miał w
ę
glowy,
- kulki styropian,
- itp.
topniki
(cer. spieczona)
- skalenie,
- kreda,
- nisko topliwe
zwi
ą
zki sodu
70 do 80%
20 do 30%
15 do 50%
sumy plastycznych
i schudzaj
ą
cych
kilka %
sumy plastycznych
i schudzaj
ą
cych
ułatwiaj
ą
zag
ę
szczenie
masy podczas
wypalania
podstawowy
budulec
modyfikacja
wła
ś
ciwo
ś
ci
reologicznych
masy, redukcja
skurczu suszenia
wła
ś
ciwo
ś
ci
termoizolacyjne
2010-12-27
3
Charakterystyka surowców plastycznych
(iły, gliny, iłołupki i lessy)
Główne składniki to minerały ilaste:
pAl
2
O
3
·qSiO
2
·nH
2
O
- kaolinit Al
2
O
3
·2SiO
2
·2H
2
O (biała glina),
- montmorylonit Al
2
O
3
·4SiO
2
·5H
2
O,
- illit,
- chloryt.
Wielko
ść
cz
ą
stek:
- gliny: < 0,002 mm
- iły: 0,002 do 0,06 mm
- blaszkowaty pokrój cz
ą
stek
- ró
Ŝ
na powierzchnia wła
ś
ciwa
Ź
ródło: Czarnecki L., Broniewski T., Henning O.: Chemia w budownictwie, Arkady, W-wa, 1994
Struktura głównych minerałów gliny
Charakterystyka surowców plastycznych
(iły, gliny, iłołupki i lessy)
dwuwarstwowy kaolinit
trójwarstwowy montmorylonit
2010-12-27
4
Charakterystyka surowców plastycznych
(iły, gliny, iłołupki i lessy)
Plastyczno
ść
i skurcz suszenia
sucha glina
du
Ŝ
e tarcie wewn
ę
trzne,
brak plastyczno
ś
ci
wilgotna glina
małe tarcie wewn
ę
trzne, plastyczno
ść
warstewki wody
Rola surowca schudzaj
ą
cego
wilgotna glina bez
dodatku schudzaj
ą
cego
sucha glina
du
Ŝ
y skurcz !
suszenie
wilgotna glina
z dodatkiem schudzaj
ą
cym
redukcja skurczu suszenia
suszenie
pakiety minerałów ilastych
woda
ziarna surowca
schudzaj
ą
cego
2010-12-27
5
Podstawowe etapy procesu produkcji
- zestawienie surowców
(plastyczny + schudzaj
ą
cy + woda),
- homogenizacja masy ceramicznej,
- formowanie surówki (ukształtowanie wyrobu),
- suszenie surówki,
- wypalanie.
Podstawowe etapy procesu produkcji
Zestawienie surowców
- plastyczny: 70 do 80 % m.
- schudzaj
ą
cy: 20 do 30% m.
- woda: w ilo
ś
ci niezb
ę
dnej do uzyskania
wymaganego stopnia plastyczno
ś
ci
masy ceramicznej (wg sposobu formowania):
- plastyczna: ok. 15-20% m.
- półsucha (prasowanie): < 15% m.
- sucha (prasowanie): ok. 8% m.
Ilo
ść
wody zale
Ŝ
y ponadto od rodzaju stosowanego
surowca plastycznego (uziarnienie, powierzchnia).
2010-12-27
6
Podstawowe etapy procesu produkcji
Homogenizacja masy ceramicznej
surowce + woda
Schemat gniotownika
(+ walce, rozdrabniacze itp.)
Ź
ródło: Vyberal O.: Keramika, VST Bratyslava, 1997
korekty składu
Podstawowe etapy procesu produkcji
Formowanie surówki - niskoci
ś
nieniowe
masa ceramiczna
Ź
ródła: Vyberal O.: Keramika, VST Bratyslava, 1997;
Osiecka E.: Materiały budowlane. Kamie
ń
, ceramika, szkło, Pol.Warszawska, 2003;
http://www.owczary.pl/obrazki/proces/duze/8.html
schemat prasy pasmowej
przykłady ustników
prasy pasmowej
2010-12-27
7
Podstawowe etapy procesu produkcji
Formowanie surówki - wysokoci
ś
nieniowe
formy, prasy – ci
ś
nienie do 25 MPa
stosowane do wyrobów o wymaganej małej
porowato
ś
ci
(płytki posadzkowe, klinkier drogowy, rury)
Podstawowe etapy procesu produkcji
Suszenie surówki
Cel: obni
Ŝ
enie wilgotno
ś
ci surówki do 5-10% m.
(usuni
ę
cie wody wolnej i cz
ęś
ci kapilarnej)
Ze wzgl
ę
du na wyst
ę
puj
ą
cy
skurcz (5-12% !)
proces
musi przebiega
ć
bardzo wolno
schemat suszarni tunelowej
wiaty o a
Ŝ
urowych
ś
cianach
2010-12-27
8
Podstawowe etapy procesu produkcji
Wypalanie
(orientacyjny przebieg wypalania ceramiki porowatej)
1 – dosuszanie,
2 – podgrzewanie,
3 – wypalanie wła
ś
ciwe,
4 – studzenie.
0
20
40
60
80
100
120
Czas [h]
0
200
400
600
800
1000
1200
T
e
m
p
e
ra
tu
ra
[
o
C
]
3
2
1
4
ok.
250
o
C
ok.
750
o
C
Podstawowe etapy procesu produkcji
Wypalanie – rodzaje pieców
piec kr
ę
gowy
Hoffmana
(„w
ę
druj
ą
cy ogie
ń
”)
załadunek
wyładunek
ogrzewanie
wypalanie
studzenie
piec tunelowy
(„w
ę
druj
ą
cy surówka”)
2010-12-27
9
Podstawowe etapy procesu produkcji
Wypalanie
(zmiany obj
ę
to
ś
ci surówki i ogólny zarys zachodz
ą
cych procesów)
20 140 250 450 550 750 1000 1100
ε
p
ę
cznienie
[%]
ε
skurcz
[%]
1
2
4
6
T
[
o
C]
1
2
3
4
5
1 – usuwanie reszty wody kapilarnej
oraz wody higroskopijnej,
2 – utlenianie w
ę
gla i siarki,
3 – dehydratacja minerałów ilastych,
4 – dekarbonizacja w
ę
glanów
(margiel !)
,
5 – powstawanie fazy ciekłej,
przemiany fazowe
Zawarto
ść
margla jako wada wyrobów ceramicznych
Margiel - naturalna mieszanina wapnia CaCO
3
i minerałów ilastych
Podczas wypalania ceramiki nast
ę
puj
ę
wypalenie zawartych w masie ziaren CaCO
3
(istotne ziarna > 0,5 mm)
temperatura
CaCO
3
→
CaO +
CO
2
↑
w
ę
glan wapnia tlenek wapnia dwutlenek
(wapie
ń
) (wapno palone) w
ę
gla
CaO + H
2
O
→
Ca(OH)
2
+
Q
tlenek wapnia woda wodorotlenek wapnia
(wapno palone) (wapno gaszone)
Podczas składowania CaO chłonie wod
ę
i ulega hydratacji, której
towarzyszy blisko 2 krotny wzrost obj
ę
to
ś
ci
2010-12-27
10
Zawarto
ść
margla jako wada wyrobów ceramicznych
(głównie cienko
ś
ciennych)
ziarno CaO w gotowym
wyrobie
H
2
O
ziarno Ca(OH)
2
rozsadza
ś
ciank
ę
wyrobu
Ró
Ŝ
nice w produkcji i wła
ś
ciwo
ś
ciach ceramiki
porowatej i spieczonej
Ceramika
porowata
Ceramika
spieczona
Produkcja
formowanie
niskoci
ś
nieniowe
nisko lub wysokoci
ś
nieniowe
masa ceramiczna
plastyczna, wilgotno
ść
ok.
20% lub wi
ę
cej
plastyczna lub półsucha,
wilgotno
ść
10 do ok.20%
wypalanie
T
max
: 900 do 1000
o
C
(mniej fazy szklistej)
T
max
: 1100 do 1200
o
C
(wi
ę
cej fazy szklistej)
Wła
ś
ciwo
ś
ci
barwa wyrobów
czerwona
ciemno bordowa
powierzchnia
matowa, mocno chłonie
wod
ę
gładka, słabo chłonie wod
ę
porowato
ść
[% obj.]
do ok. 35
niemal w cało
ś
ci pory
otwarte
do ok. 20
zredukowana zawarto
ść
porów otwartych
nasi
ą
kliwo
ść
[% m.]
do ok. 25
do ok. 15
wytrzymało
ść
na
ś
ciskanie [MPa]
5 do 25
30 do 80