Қазақстан республикасы білім және ғылым министрлігі семей қаласының ШӘКӘрім атындағы мемлекеттік униврситеті

5В073000 “Құрылыс материалдары, бұйымдары және конструкциялары өндірісі” мамандығының студенттеріне арналған

“ҚҰРЫЛЫСТЫҚ КЕРАМИКА2”

ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАР

Семей

2015

Алғысөз

1. ӘЗІРЛЕГЕН

1.1. Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті, “Геодезия және құрылыс” кафедрасының аға оқытушысы Уркинбаева Жузимкул Исаевна ____________

«___________2015 ж.

2.1. Семей қаласының Шәкәрім атындағы мемлекеттік университеті, “Геодезия және құрылыс”кафедрасының отырысында

Университеттің оқу-әдістемелік кеңесінің отырысында талқыланды және басылымға ұсынылды

4. Бірінші рет енгізілді

Мазмұны

Керамика - деп кегатіке грек сөзі (кегамоз - саз деген сөзден шыккан) - қыш өнері деген мағынада. Керамикалық деп әр алуан ылғалдыктағы, көпшілігінде минералдық немесе органикалық қоспалары бар, саздык біркелкі массадан түрлі тәсілдермен калыпталып және жоғарғы температурада күйдіріліп жасалатын жасанды тас материалдары мен бұйымдарын айтады.

Керамикалық материалдар мен бұйымдар өнеркәсібі қазіргі кезде бүкіл процестері механикаланған және автоматикалынған өндіріс саласы. Мұндағы ең басты өндіріс процесі - қалыпталынып кептірілген шикі материалдар мен бұйымдарды пештерде жоғарғы температурада белгілі режимде өртеу. Сондықтан, бүл өндірісте шығарылатын өнімдер күйдірілген (өртелген) материалдар мен жататындар: кәдімгі күйдірілген кірпіштер, түрлі мақсатқа арналған керамикалық тастар, черепицалар, қүбырлар, қаптаушы плиталар, санитарлык- техникалық бүйымдар, электр айырушы магериалдар мен бүйымдар, жеңіл толтырушылар және жылу айырушы материалдар (керамзит, перлит, вермикулит, аглопорит) және т.б. толып жатқан түрлі керамикалык материалдар мен бұйымдар.

Керамика біздің ерте заманнан бері колданылып келе жатқан өте көне материалдың бірі. Керамикалык өнеркәсіптің соңғы жүз жылдықтардағы дамуы орыс ғалымдарының еңбектерімен байланысты екенінде дау жоқ. Әсіресе академик В.И.Вернадскийдің және проф. А.П.Земятченскийдің керамика өндірісіне керекті шикізат қасиеттерін зерттеу жұмыстары, академик П.П.Будниковтың, Д.ІІ.ІІолубояриновтың, А.К.Киптенко және т.б. ғалымдардың керамикалық материал өндірісін жетілдіру түрғысындағы еңбектері, керамикалык өнеркәсіптің жан-жақты дамуына, сан-алуан құрылыстық керамиканы жергілікті шикізаттар негізінде калыптасқан технологиясымен жасап шығаруға және санын көбейтіп, сапасын жаксартуға ғылыми-өндірістік әсер етті.

Жаксылап дайындалған сапалы шикізаттардан технологиялык нақтылы режимде жасалынып күйдірілген материалдар мәңгілік жетерліктей басым және де түсі, фактурасы бойынша сырты ешбір қосымша өңдеуді кажет етпейтіндей болып шығады.

Саздан жасалынып, жоғары температурада өртелген материалдар керамика технологиясында керамикалык шыны (черепок) деп аталады. Шикізат құрамына және күйдіру температурасына ; байланысты керамикалық материалдар екі топка бөлінеді: толык күйдірілген, сындырылған жері жылтыр, тығыз структуралы керамика - су сіңіруі 2-4 %-дан аспайды (мысалы, фарфорлар, шала фарфорлар. жол кірпіші, еден плиталары жэне т.б.); жарым-жартылай күйдірілген сондықтан, кеуектілі керамика - су сіңіруі 8-20 %-ға дейін (толық денелі, куыс денелі және жеңіл кірпіш, керамикалык тас, черепица, қаптаушы плиталар, дренажды құбырлар және т.б.). Тағы дөрекі (ірі) және жұқа (майда) керамикаға бөлінеді. Дөрекі керамика сынығы біркелкі емес, ірі түйіршікті структурасымен сипатталады (мысалы құрылыс және шамот кірпіштері), ал жұка керамиканікі – майда түйіршікті, біртекті және бірыңгай боянған структура (мысалы фарфор, шала фарфор, фаянс).

Керамикалық өнеркәсіпте колданатын негізгі шикізаттар - саздар мен каолиндер. Олардың кейбіреулерімім балқу температурасы 3500-4000°С дейін жетеді.

Ауыспалы құрамдағы отқа берік материалдар тамаша қасиеттері бойынша теңі жоқ қазіргі өндірістерде қолданатын жаңа материалдар өкілі. Бұл материалдардың бір беті қиын балқитын таза металдан тұрады да, екінші беті - отқа берік керамикалық материалдардан мысалы, бериллий оксидінен жасалынады. Осы аталған екі кабат аралығындағы материалдар құрамы кілт өзгермей біртіндеп жұмсақ өзгеретіндіктен, материалдардың жылулық сокқыға тұрақтылығы басым болады.

Көптеген техникалық керамика материалдарының қасиеттері саздан және каолиннен жасалынған бұйымдарлын қасиеттерінен мүлде басқаша. Сондықтан, барлык керамикалық материалдар мен бұйымдарды бірлестіретін белгі ретінде оларды жоғарғы температурада күйдіріліп алынуын және өндірісте ұксас технологиялық тәсілдері (шикізаттарды өңдеу және керамикалық массаны дайындау, материалдарды қалыптау, кептіру және күйдіру) колдануын айтуға болады.

Керамикалық материалдарды және бұйымдарды әшекейлеу үшін және оларды сыртқы әсерлерден қорғап мәңгілігін қамтамасыз ету мақсатымен бетін ангобамен немесе глазурмен сырлайды. Бұйымдарды әшекейлеу керамикалық бояуларды жағу арқылы орындайды. Отқа төзімді керамикалық жамылтқы металдарды тотығудан және жоғары температура әсерінен қорғайды.

Керамика бұйымдарының пайдаланулық және көркемдік-әшекейлік тамаша сапалары оларды тек қана құрылыста ғана емес, техника мен тұрмыста да кең қолданылуына себеп болды. Сонымен керамиканы құрылыстық, техникалық және тұрмыстық деп те бөлуге болады.

Керамикалық құрылыс материалдары мен бұйымдары арналулары бойынша былайша топталынады: кабырғалық материалдар - кәдімгі кұрылыс кірпіші, қуыс денелі кірпіш және тас, кеуекті және жеңіл кірпіш; керамикалық кірпіштен және тастан жасалынған қабырғалык блоктар мен панельдер; үй фасадын (үй кас маңдайын) қаптаушы материалдар мен бұйымдар-беттік кірпіш және тастар, плиткалар; іштей қаптаушы керамика материалдары -кабырғалар және едендер үшін плиталар мен плиткалар; санитарлық-техникалық бұйымдар; жол және жерасты коммуникациясы үшін -жол кірпіштері, кұбырлар; жылу айырушы материалдары - жеңіл кірпіш жэне фасонды бұйымдар; қышқылға төзімді керамика -кірпіш, плитка, құбыр жэне т.б.; отқа төзімді керамикалық материалдар және толтырушылар - түрлі керамикалық бұйымдар, ксрамзит, алгопорит, перлит, вермикулит және т.б.

Керамикалық бұйымдарды жасарда саздық массаны, жұмсак саздан, каолиннен және жұмсақтылығы жоқ қоспалардан ширақтандырушы және жанып кетуші коспалардан, оңай балкитындардан) тұратын кұрамалардан дайындайды. Саздар мен каолиндерді керамикалық өндірісте саздық материалдар деп біріктіре айтады. Кейбір керамикалық бұйымдарды өндірерде диатомиттерді, трепельдерді және таза немесе саз қосылған сланцыларды, кеуектендірушілерді және т.б. коспаларды пайдаланады. Саздар деп кұрамы өте майда түйіршікті шөгінді тау жыныстарын айтады. Оны сумен араластырып илегенде созымталды жұмсақ балшык береді. Балшықтан қалыпталынған бұйымдар жоғаргы температурада күйдірілуі нәтижесінде мықты және суға берілмейтін жасанды тасқа айналады.

Көпшілігінде дала шпаттарының мүжіле бұзылуынан пайда болған саздың химиялық құрамы, әдетте, түрлі оксидтердің проценттік мөлшерімен, ал минералдық құрамы кристалдык структурасы бар сулы алюмосиликаттар шамасымен сипатталады. Түрлі саздардың, қандай болғанда да, қүрамдарында міндетті түрде мынадай оксидтер болады: кремнезем SiO₂ (40 %-дан 70% аралығында болады); глинозем А1₂0₃ (15-35%); К₂0 + Nа₂0 (1-5% шамасында болады) жэне химиялық байланыстағы су Н₂0 - 5-15 %. Бұлардан баска саздарда тағы басқа оксидтер кездесіп тұрады, мысалы, ТіО, Мg0, СаСОз жэне МgС0₃. Алюмосиликаттык минералдардың ішінен ең көп тарағандары - каолинттік (каоллинит А1₂0₃2Sі0₂2Н₂0 және галлуазит - А1₂0₃-2Sі0₂-4Н₂0 монтмориллонит - А1₂0₃-4Sі0₂-4Н₂0), монтмориллониттік (монтмориллонит - А1₂Оз-4Sі0₂-пН₂0, бейделлит - А1₂0₃-3Sі0₂-пН20) минералдар және слюданың түрлі дәрежедегі гидратациялану өнімдері - гидрослюдалары.

Саздар кұрамалайтын айтылған минералдардан басқа саздарда кездесетін кварцтер, дала шпаты, темір тотықгарының гидраттары және т.б. қосындылар міндетті түрде керамикалық материалдар технологиясына да, олардың негізгі қасиеттеріне де әсерлерін тигізеді. Мысалы, аз да болса кальций және магний карбонаттары саздардың отка төзімділіктерін төмендетеді және де СаС0₃ ірі кесектері болса, онда қыш материалдарын өртеген кезде кәдімгі ак қосындысы пайда болады. Ал, ол ауада келемін үлкейте гидратталынып, жасалынған керамикалык материалдардың өзінен-өзі жарықтанып кетуіне себеп болады. Саздағы құмдық қосындылар кремнезем мөлшерінің көбейіп кетуіне әкеліп соғады, осыған байланысты саздын_созымталдығы төмендейді, өртелген бұйымның кеуектілігі жоғарылап, мықтылығы төмендейді. Глиноземнің мөлшері басымдау болған сайын саздардың созымталдығы жэне отқа төзімділігі жоғарылай түседі. Сілтілік және сілтілік жір металдарының болуы бұйымдардың қалыпталуын нашарлатады, отқа төзімділігін төмендетеді, және бұйымдар бетінде ақ дактар пайда болады.

Химиялык құрамы бойынша ең таза, көпшілігінде каолиниттен кұралған саздарды каолиндер деп атайды. Каолиндік бағалы саздарды негізгі құрама ретінде фаянстық және фарфорлық бұйымдарды жасағанда қолданады. Каолиндік саздар дала шпаттарының мүжілініп бұзылуынан пайда болған жерінде құрылып жататындықтан бірінші саздар деп аталады. Қосындысыз таза болғандықтан, олар ак түсті, созымталдығы және отқа төзімділігі жоғары болады.

Саздардың түйіршіктік (гранулометриялық) құрамын да білгеннің маңызы зор. Себебі, түйіршік құрамдары бойынша саздардың негізгі қасиеттері жөнінде, мысалы, олардың созымталдығы, кептіруге және өртеуге сезімталдығы және дайын бұйымдардың мықтылығы туралы тұжырымды пікірлер айтуға болады.

Керамикалық құрылыс материалдары мен бұйымдарын жасау үшін қолданатын саздардың гранулометриялық кұрамдары әр алуан, дегенмен мына төменде келтірілген аралықта ауытқиды, %: 0,25 мм жогары шамадағы түйіршіктер - 0,2 - 2

0,25 мм-ден 0,05 мм дейінгі - 2 - 26

0,05 мм-ден 0,01 мм дейінгі - 12 - 46

0,01 мм-ден 0,005 мм дейінгі - 10 - 55

0,005 мм-ден кіші - 10 - 40.

Саздардың түйіршік құрамдарын Рутковскийдың тәсілімен шамалап анықтайды. Осы тәсіл бойынша саздар түйіршіктерінің ірілігіне байланысты үш түрге бөлінеді:

Түйіршіктері 0,05 мм ірі - құм;

Түйіршіктері 0,05 мм-ден 0,005 мм дейін - шаң;

Түйіршіктері 0,005 мм-ден майда - саздық зат. Сазда неғұрлым ірілігі 0,005 мм аспайтын өте майда түйіршіктер көп болса,соғұрлым оның созымталдығы, байланыстырушы қабілеті және сулағандағы ісіну шамасы жоғары болады.

Саздық зат кұрамындағы 0,005 мм-ден ірі емес түйіршіктер мөлшерін анықтау үшін 150 г ауалық құрғақтағы талқандалынған топыракты майда елек аркылы елейді. Електен өткен заттың 5 см мензуркаға шамалы тығыздап салады. Одан кейін оның үстіне 50 см куб су қүйып, ұшына резинка кигізген шыны таяқшамен әбден езгілейді. содан соң оған 3 см³ 10 %-тік хлорлы кальций ерітіндісін қосады да тағы араластырады, сосын мензурканың 100 см куб деңгейіне дейін су құйып тағы біраз араластырып, 24-48 сағатқа тұндыруға қояды.

Мензуркадағы саз әбден тұнып су таза мөлдір болған кезді шегіндінің көлемін белгілеп, сол аркылы саздық түйіршіктерінің мөлшерін кесте 6.1. пайдаланып, аныктайды. Кестеде А - тұнбаның көлемі, см³, Б-сынамадағы 0,005 мм майда түйіршіктің мөлшері, %, Қүрамында 15 % көп саздық түйіршігі бар саздар керамикалык қүрылыс материалдарын жасауға ең жарамды болып табылады.

Қүрамында 15 %-дан аз саздық түйіршіктері бар топырақтан жасалынған материалдың мықтылығы нашар болады. Ал, саздық түйіршіктер мөлшері 30-35 %-дан көбірек болған жағдайда саздар өте «майлы» болғандықтан ширақтандыруды қажет етеді, әйтпесе қалыпталынған бұйымдар кептіру мезгілінде жарықтанып кетеді де, жарамсыздары көп болады.

Сазда құмның қанша бар екенін білу үшін байқауға алынған саздан 10 см куб алып мензуркаға салады, үстіне 100 см³ бөлікке дейін су қүяды, жақсылап араластырған соң 90 сек. уақыт бойы түндыруға қояды. Одан кейін ақырындап түнбаның 18 см куб төгеді де қайтадан судың деңгейі 100 см куб жеткенше су қүяды. Осылайша суды мензуркадан төгуді және кайтадан оған суды құюды шөгіндінің үстіндегі су 90 сек. ерте уақыт ішінде мөлдір болып үлгергенше қайталайды. Сонда мензуркадағы шөгінді тек құмнан тұратын болады, демек 0,05 мм түйіршіктері қалады. Байқаудағы құмның пайыздық мөлшерін мензуркадағы шөгінді көлемін, см куб , 10 ға көбейтіп есептейді. Әдетте, сазда құмның мөлшері 15 %-дан 35 % дейінгі аралықта болады.

0,005-0,05 мм аралығындағы түйіршіктердің пайыздық мөлшерін 100%-дан саздың және құмның пайыздық қосындыларын алу аркылв анықтайды. Сонда шаңның мөлшері 35-40 % аралығында болса, онда саз жақсы деп есептеледі.

Далалык жағдайларда балшыкты саздан былайша ажыратады: саз қолмен ұстағанда жұмсак майлы сезінеді, пышақпен жонылады, жоңқасының пышақпен тілінген беті жылтыр келеді, суда баяу жұмсайды. Құрғақ балшык ұрғанда майда түйіршіктерге оңай шашырап кетеді. Оны саусақтың арасында үйкегенде құм түйіршіктері сезіледі. Балшық бетіне түсірген сызық саздыкіне карағанда күнгірт, тереңдеу және кеңдеу келеді. Құмдақ балшықтан көзге анық керінетін көп мөлшердегі құмдық түйіршіктермен ерекшеленеді. Онда саздык түйіршіктер шамалы болады.

Саздардың керамикалық қасиеттері олардың

созымталдықтарымен, байланыстығымен және біріктіруші (байланыстырушы) қабілетімен, кептіруге және жоғарғы температура әсеріне көрсететін әрекетімен сипатталады.

Дәріс №3 Саздардың созымталдығы
Созымталдық деп - саз илеменің сырттан түсетін механикалык
күщтің әсерімен тұтастығын бұзбай (бөлінбей және жарылмай)
деформациялануын және күштің әсерін тоқтатқанда, қабылданған пішінін сактайтын қабілетін айтады. Керамикалық бұйымдардың қалыпталынуы саздардың осы қасиетіне негізделген. Құрғақ саз колда оңай үгіліп тұрады. Оған біртіндеп судықоса араластыра бастаса, саз созымдалына түседі, бірақ бір шекке дейін. Одан әрі суды коса берсе, саз сұйықтанып қолға жабыса бастайды. Керекті мөлшердегі сумен жақсы аласқан саз илемесісаусақпенқысыңқырағанда ыдырамайтын жэне қолға жабыспайтынсаздарнормальдық қоюлығына сай су мөлшерімен араласқан істік саз депаталады.

Созымтал масса алу үшін қажет су мөлшері саздың қасиеттеріне, әсіресе ондағы саздың - майда түйіршіктердің және кұмның мөлшсріне байланысты болады. Жұмсақтығы басымдау саздарда құм аздау және саздық заттар көптеу болады да, нормальды қоюлық илеме ушін суды көбірек талап етеді. Керамикалык кұрылыс материалдары мен бұйымдарын жасау үшін жұмсалатын саздық массаны 17-25% аралыгындағы су мөлшерімен араластырып дайындайды

Созымталды саздык массалардағы саздың ролі былайша

түсіндіріледі: кұрғак сазды суландырғанда судың молекулалары саз минералының түкті түйіршіктер арасына тартылады, сөйтіп олардың беттерінде адсорбталған су қабаты құралады. Сондықтан, саз ісінеді. Бұл адсорбталған су қабаттары түйіршіктердің өзара жылжуын жеңілдететін жағылған май ролін орындайды. Сондықтан, сумен араласқан саз оңай қалыптанушы масса болып шығады. Неғұрлым саз созымтал жұмсақ, согұрлым жақсы қалыптанушы саздық масса алу үшін суды көбірек қажет етеді және соғұрлым ауалық отырылуы үлкен болады.

Созымталдығы нашар саздың суқұмарлығы (нормалдық қоюлықтығы)яғни жақсы қалыптанатын саз массасын алу үшіи керекті су мөлшері 17-20 %, ауалық отыруы 5-7 %; созымталдығы орташа саздың сукұмарлығы 20-28%, ауалық отыруы 7-10%. Созымталдығы жоғары саздікі - суқұмарлығы - 28-35 %, ал ауалық отыруы- 10-15%.

Саздар созымтал жұмсақтығы бойынша үшке бөлінеді: (созымталдығы) жұмсақтығы нашар, орташа және жақсы. Керамикалық құрылыс материалдары мен бұйымдарын (керамикалық кірпіштер, тастар және т.б.) жасау үшін қолайлысы созымталдығы (жұмсақтығы) орташа саз.

1. 
   Саздан алынған сынаманы қоюлыгын қаттылау етіп сумен араластырады, одан кейін біркелкі масса болып, қолға жабыспайтын болғанша жақсылап илейді. Осы саз илемесінен, диаметрі 4-5 см кішкентай шариктер жасайды да, оларды тегістелген екі тақтайшаның арасына орналастырады (сурет 6.2.). Үстіңгі тақтайдың үстіне байсалдықпен қысым түсіреді, және де шар қысыла жайылып бүйірлерінде жарық пайда болғанша, қысымдықты күшейтебереді.
   
2. 
   Тым кұнарсыз саздан жасалған шар азғана қысқанның өзіндс кесектеніп ажырап кетеді. Аз созымталды саз шаригін ширек диаметріне дейін, орташа созымталды саз шаригін ширек диаметрінің үштен бір бөлігіне және жоғары созымталды саз шаригін диаметрінің жартысынан көбірегіне дейін қысқанда, шариктерде жарықтар пайда болады.
   

Саз созымталдығының техникалық көрсеткіші ретінде созымталдық саны қабылданған;

С_с= W_а-W_И (6.1)

Мүндағы С_с-созымталдық саны, Wa және Wи саздан жасалған жіпшенің ағындық шегіне және илену шегіне сәйкестелінетін ылғалдылығы, % (сурет 6.4.)

Өтесозымтал саздан (С_с>15) жасалынған бұйымдар кепкен кезде көлемін едәуір кішірейтіп жібереді де, жарықтанып кетеді. Мұндай жағдай өндірісте жіберілмейтін қателік болып саналады. Аз созымталды (кұнарсыз) саз (С_с<7) іс жүзінде қолайсыз, себебі мұндай саздардан материалдар мен бұйымдар қалыптау оңайға түспейді, сондықтан, өндірісте ең алдымен саздың созымталдығын реттеп алады. Созымталдығы артық болған жағдайда, оған аз созымталды саз немесе құнарлығын төмендетуші қоспалар (кварц кұмын, шамотты, шлакты, ағаш ұнтағын және т.б.) қосу арқылы саздың созымталдығын нормалайды. Созымталдығы жетпей тұрғанда сазды құмынан ажырата жібітеді, ашық жерде маялап қойып ұзақ уақыт сақтайды, арнаулы машиналарда өңдейді, бумен жұмсатып өңдеген тіпті тиімді болады. Саз құнарлығын төмендетуші қоспалардың түйіршіктерін дұрыстап реттеп (ірілігі 0,3-3 мм) алған жағдайда саздың табиғаттық қасиетін кең аралықта өзгертуге болады. Мысалы, саздың қалыпталынуы мен кептірілу қасиеті жақсарып, шикі бұйымның кептіру мезгіліндегі шөгіну мөлшері азаяды. Саздың байланыстығы - саз түйіршіктерін ажыратуға керекті күштің шамасымен сипатталынады. Жоғарыда айтылғандай, саз байланыстығы саздың түйіршіктерінің ұнтақтылығымен және жұқа жалпақтығымен түсіндіріледі. Сазда неғұрлым ұнтақ түйіршіктері көп болса, соғұрлым оның байланыстығы жоғары.

Саздың байланыстырушы қабілеті құм, шамот және т.б.с.с. құнарсыз материалдардың түйіршіктерін біріктіріп, кебе келе жетерліктей мықтылығы бар тасқа (қышқа) айналу қабілетімен сипатталынады. Құмдық және шаңдық фракцияларының мөлшері сазда көбейген сайьш, оның байланыстырушылығы нашарлай түседі.