Який хімічний склад цегли? Що служить сировиною для різних його видів? Як виглядає процес перетворення цієї сировини в готові вироби?

Давайте з'ясуємо.

види цегли
Почнемо з невеликого ліричного відступу.
У плані сировини, складу і технологій не можна говорити про цеглу як про якомусь одному будівельному матеріалі. На сучасному будівельному ринку присутні кілька різних його видів, які підпорядковуються різним стандартам і виробляються абсолютно різними способами.

Перелічимо їх.
• Червона цегла.
• Клінкерна.
• Шамотну.
• Силікатна.
• Гіперпресована.

Корисно: шамот - не єдиний вид вогнетривкої цегли.
Однак інші його типи ви навряд чи зустрінете в будівельному магазині: вони застосовуються виключно у виробничих умовах, насамперед у гірничо- металургійної та сталеливарної промисловості.

У цьому порядку і розберемо цікавлять нас матеріали.
Червоний (керамічний)

сировина
Їм є звичайна глина - продукт розмивання водою гірських порід. Основний компонент - польовий шпат. Якщо глина дуже жирна, для зниження надмірної пластичності в неї додається крупнозернистий пісок, зола або шлак - відхід металургійної промисловості. У худу глину додається більш жирна.

Різні сорти глини розрізняються розміром зерна: воно може досягати міліметра. Для виробництва цегли оптимально зерно не більше 0,005 мм.
Крім того, застосовується ще кілька типів добавок:
• Для зниження температури випалу додаються відходи скла, знову-таки шлак і перліт.
• Пористу структуру глині надають вигоряючі при випалюванні добавки - вугілля, торф і звичайні тирсу.
• Для фарбування в різні кольори і відтінки використовуються мінеральні стійкі до температури барвники: карбонатні породи, марганцеві, фосфорні та залізні руди.

склад
Який хімічний склад червоної цегли?
Якщо добавки можуть мати вельми довільний хімічний склад, то основа - розмитий водою польовий шпат - досить стабільна:
• Основна частина глини - кремнезем SiO2. Він становить від 60 до 80 відсотків її маси.
• Глинозем Al2O3 - другий у списку (5 - 20 %).
• До 8 відсотків глини можуть становити оксиди калію, магнію, натрію і кальцію.
• Характерну червоне забарвлення виробам надає невеликий вміст окису заліза Fe2O3.

виробництво
Воно здійснюється двома основними способами:
1. З глини з вологістю 18 - 24 %. Вона формується і проходить тривалу сушку, після якої відправляється в піч для випалу.
2. З напівсухий маси (вологість не перевищує 8 %) заготовки для випалу виходять пресуванням. Таке виробництво досить високотехнологічно і енергоємно, проте істотно скорочує тривалість виробничого циклу.

Перший метод частіше використовується на невеликих за обсягами напівкустарних виробництвах. Другий характерний для великих підприємств з річною продуктивністю більше мільйона цеглин.

Ключова фаза виробництва - випал - наводить до спікання частинок глини в єдину масу. Температура в тунельної печі під час випалювання червоної цегли досягає 1050 градусів; тривалість операції може досягати доби. Справа в тому, що швидкий нагрів і швидке охолодження в рівній мірі згубні для продукту: прискорене випаровування води і внутрішні напруги при нерівномірному нагріванні неминуче викличуть пошкодження.

Корисно: випал цегли -сирцю цілком можливо виконати і своїми руками в кустарних умовах.
Сирець поміщається в будь-яку сталеву ємність над розведеним у ямі багаттям.
Принцип випалу той же: температура повільно піднімається до максимальної; потім полум'я поступово зменшується до мінімуму.
клінкерна

Сировина і склад
Клінкер, по суті, являє собою ту ж кераміку, минулий випал при більш високій температурі.
Склад керамічної цегли нами вже вивчений; і тут в якості сировини виступає глина з невеликими добавками для корекції властивостей кінцевого продукту.

Однак є кілька нюансів.
• Оптимальним вмістом глинозему Al2O3 для клінкеру вважається 17 - 25 %. Глинозем робить розплав менш пластичним, що зменшує деформацію цегли при випаленні. У бідне глиноземом сировину в якості його джерела додаються каолінітові глини.

• Максимальний вміст окису заліза Fe2O3 у разі клінкеру обмежено 6-8 відсотками. Причина - специфіка умов випалу: при температурі вище 1000 градусів в відновної середовищі оксид заліза втрачає атом кисню і перетворюється на закис заліза FeO; та ж в поєднанні з кремнеземом утворює легкоплавкий фаеліт (SiO2 +2 FeO).
В результаті поверхня спікається цегли покривається суцільною кіркою, яка заважає вуглекислому газу залишати його. Звідки береться вуглекислота? Вона утворюється при вигорянні міститься в самій глині і порізующіе добавках вуглецю.

Цікаво: для максимально повного і рівномірного вигорання вуглецю в діапазоні 900-1000 градусів швидкість нагріву клінкеру при випалюванні знижується.
Без уповільнення зростання температури в печі завжди є ризик отримати здуття поверхні: утворюється при більш швидкому нагріванні вуглекислота не встигає покидати сировину.
Які ще обмеження складу сировини актуальні для клінкерної виробництва?
• Вміст оксиду кальцію CaO має бути обмежена 7-8 відсотками. Якщо його більше - замість спікання є ризик отримати швидке плавлення і деформацію.
• Оксид магнію MgO при вмісті в глині більше 4% різко збільшує її усадку при випалюванні.
виробництво

Спосіб виробництва, при якому вироби виходять найбільш якісними - екструзія із застосуванням вакуумних пресів. Застосування пластичної сировини увазі тривалу сушку перед випалюванням, що, зрозуміло, додатково збільшує витрати на виробництво.
Альтернатива - вже знайоме нам напівсухе пресування цегли з подальшим випалюванням. Ціна отриманих таким чином виробів помітно нижче; однак міцність і зовнішній вигляд при цьому страждають.

Ключова фаза - випал. Якщо звичайна кераміка обпалюється при температурі до 1000 градусів, то тут вона вище і може досягати 1450С; при цьому відбувається куди глибше спікання частинок глини. Зростання температури призводить до різкого подорожчання виробництва: витрата енергоносіїв збільшується нелінійно. При 1300С енерговитрати вчетверо більше, ніж при 800С.

шамотна

сировина
І тут їм служить глина. Однак глина з особливими властивостями: для виробництва шамотної цегли використовується каолін, маса білого кольору, що складається з каолініту. Мінерал названий на честь міста Гаолін в південно -східній області Китаю, де він був вперше виявлений.

Виробництво шамотної цегли - не єдина область застосування каоліну:
• Він лежить в основі складу білого цементу.
• Фарфор і фаянс виробляються з нього ж.
• Крейдований папір, біла гума і багато пластмаси використовують його в якості наповнювача.
• У фармацевтиці каолін застосовується як абсорбер. Зокрема, він допомагає при різях в шлунку і отруєннях.
• У косметології він відомий під нехитрою назвою «біла глина».

Нам, однак, більш цікаві фізико -хімічні властивості каолініту.
• Його щільність досягає 2600 кг/м3. Саме цим обумовлена і порівняно висока щільність повнотілої шамотної цегли без порізующіе добавок.
• При поступовому нагріванні до 500 - 600С каолін повністю зневоднюється; при 1200С він розкладається з виділенням тепла.

склад
Основа каоліну - водний силікат алюмінію Al4 [ Si4O10 ] (OH) 8.
Його утворюють:
• Уже знайомий нам глинозем Al2O3 - 39.5 %.
• Кремнезем Si2O3 - 46.5 %.
• Вода - 14 %.

Зрозуміло, в глині неминуче присутні і домішки інших мінералів.

виробництво
Технологія виробництва шамотної цегли досить незвичайна.
1. Каолін проходить випалення при температурі 1300-1500 градусів.
2. Обпалена глина подрібнюється. Розмір зерна не перевищує 2 міліметрів.
3. Подрібнений шамот використовується як наповнювач для... знову-таки вогнетривкої глини. Яка, природно, проходить повторне спікання після формування.

Саме настільки складною технологією виробництва пояснюється характерна зерниста структура вогнетривкої цегли; саме завдяки їй, він не розтріскується при сильному і нерівномірному нагріванні.
силікатна

сировина
Сировиною для його виробництва служать кварцовий пісок і вапно. В якості опціональних добавок для збільшення механічної міцності можуть бути присутніми глиняний сольовий або алюмощелочной шлам і зола.

склад
Який хімічний склад силікатної цегли? Розберемо його компоненти.
кварцовий пісок
• Більшу його частину (90-95 %) складає SiO2 - все той же кремнезем.
• Глинозем (Al2O3) становить 3-4% маси.
• Решта - присутні в частках не більше півтора відсотків Na2O, K2O, MgO, Fe2O3 і CaO. Іноді до складу піску входить двоокис титану TiO2.

вапно
Вона виступає в ролі зв'язуючого.
Який склад?
• Вуглекислий кальцій CaCO3 утворює більшу частину маси вапняку - 96 - 100 %.
• Вуглекислий магній MgCO3 може становити до 2 % маси.
• У тому ж кількості - не більше 2 % - можуть бути присутніми глинисті домішки - добре знайомі нам глинозем і кремнезем.

виробництво
Вапно подрібнюється; потім вона перемішується з піском і невеликою кількістю води, після чого витримується до повного гасіння.
Наступний етап - формування. Прес під великим (до 200 кг/см2) тиском створює з розсипчастої маси майбутній цегла, який відразу ж вирушає на пропарку. У автоклаві при тиску в 8-10 атмосфер і температурі 180-20 градусів перегрітий пар надає виробу стабільність: вапно пов'язує частинки піску в єдине ціле.

У наступні 10-15 днів готовий цегла зберігається в складських умовах. Інструкція по настільки тривалому зберіганню пов'язана з тривалістю процесів карбонізації: вироби набирають міцність і водостійкість.

гіперпрессованний

сировина
Їм служать:
• Заповнювач - як правило, подрібнені вапняк, черепашник або відходи гірничої, металургійної, цементної промисловості, шлак та інші некондиційні матеріали.
• У ролі сполучної виступає портландцемент марок М400 - М500. Його обсяг дорівнює 7-12 відсоткам від обсягу готового виробу.
• Невелика кількість води дозволяє на етапі формування утримати спресовані сировину разом.

склад
Як заповнювач можуть використовуватися настільки різні і непередбачувані матеріали, що описати всі можливі поєднання елементів нереально. Склад води теж ніби як загальновідомий: два атоми водню і один - кисню.
З чого складається цемент?
• CaO - 62-76 %.
• Sio2 - 20-23 %.
• Al2O3 - 4-7 %.
• Fe2O3 - 2-5 %.
• MgO - 1-5%.

виробництво
1. Наповнювач подрібнюється дробаркою до розміру частки в 2-5 міліметра.

2. Потім в міксері він змішується з цементом; при особливо низької вологості може бути додано невелику (до 8 %) кількість води. Для фарбування в довільний колір застосовуються мінеральні пігменти.

3. Готова суміш пресується і надалі зберігає форму.

4. Після цього цегла набирає міцність під час пропарювання: впродовж 8-10 годин він витримується у вологому середовищі з температурою 40 - 70С.

5. Остаточний набір міцності відбувається протягом 30 днів з моменту виробництва на складі або безпосередньо в кладці.

висновок
Ми познайомилися з основами виробництва різних типів цегли, з видами сировини та її складом. У представленому відео в цій статті ви знайдете додаткову інформацію з даної теми. Успіхів у будівництві!