Ф 11-19 Қалшабекова Э. Н., Ақылбекова А. У. «Құрылыстық керамика технологиясы»

әдістемелік нұсқаулық

әдістемелік нұсқаулық

Оқу түрі: күндізгі

ББК 662.949

Құрастырғандар: Қалшабекова Э.Н., Ақылбекова А.У. «Құрылыстық керамика технологиясы» пәні бойынша практикалық сабақтарға арналған

әдістемелік нұсқаулық. - Шымкент: М.Әуезов атындағы ОҚМУ 2010.- 63б.

Әдістемелік нұсқаулық «Құрылыстық керамика технологиясы» пәні бойынша бағдарлама мен оқу жоспарына сай құрылған және практикалық сабақтарды орындауға қажетті мәліметтер енгізілген.

Әдістемелік нұсқаулық 050730-«Құрылыс материалдары, бұйымдары және конструкциялар өндірісі» мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған.

Рецензенттер: Иманалиев Қ. –т.ғ.к, «Сәулет және құрылыс» ҒЗИ

Рысдаулетов Р.А. – т.ғ.к., аға оқытушы

«Материалтану» кафедрасы мәжілісінде

(Хаттама № __ «___» _______ 2010ж.) және
факультеттің әдістемелік комиссиясында қаралып ұсынылды

(Хаттама № ___от «__» _____20__ г.)

М.Әуезов атындағы ОҚМУ оқу-әдістемелік Кеңесінің шешімімен баспаға ұсынылды

Хаттама № ___ от «____» __________ 20__ ж.

© М.Әуезова атындағы Оңтүстік Қазақстан Мемлекеттік Университеті 2010ж.

Кіріспе
Керамика өндірісі халық шаруашылығының ең маңызды саласы.

Керамика қазіргі күнге шейін өзектілігін жоғалтпаған ең ежелгі құрылыс материалы болып табылады.

Керамикалық материалдардың әртүрлі өндіріс салаларында кеңінен қолданылуы, оның ұзақ мерзімділігі мен жоғары көркемдік-безендіру және эксплуатациялық сапалылығымен, бастапқы шикізаттың көп таралуымен анықталады.

Құрылыста ерекше орынды құрылыстық керамика алады, оған қабырғалық (кірпіш, керамикалық тастар, қасбеттік (плиткалар, беттік кірпіш), жабындық (черепица), канализациялық және дренаж құбырлары, санитарлық-техникалық (жуыну үстелдері, ванна және т.б.), еденге арналған қаптағыш плиткалар, қышқылға төзімді бұйымдар жатады. Сонымен қатар, құрылыстық керамикалық материалдарға бетонға арналған толтырғыштар да кіреді (керамзит, аглопорит).

«Құрылыстық керамиканың технологиясы» пәні оқу жоспарына сәйкес 4 кредитке есептелген (2 кредит - дәрістік; 2 кредит – практикалық сабақтар, курстық жобаны орындау).

«Құрылыстық керамика технологиясы» пәні бойынша практикалық жұмыстарға арналған әдістемелік нұсқаулықта 15 тақырып бар, олар 30 сағат ішінде орындалуға есептелген. Әдістемелік нұсқаудағы тапсырмаларды орындау барысында студенттер пәннің типтік бағдарламасының барлық тарауларын терең меңгереді: әсіресе құрылыс керамикасын өндіруге арналған табиғи және техногенді шикізаттар, шикізат қасиеттері, керамикалық материалдарды өндірудегі технологиялық шек-көлемі, әртүрлі құрылыстық керамика материалдарының технологиялық ерекшеліктерін және оның қасиеттерін бағалауды үйреніп, мемлекеттік стандарт талаптарына сәйкестігін меңгереді.

Әдістемелік нұсқаулықта сазды шикізат пен қоспаны, беттік, қасбеттік әрлеу, еденге арналған плиталарды зерттеудегі заманауи әдістер мен құрылыстық керамика өнеркәсібіндегі механикалық жабдықтар қолданылған.

Практикалық сабақ №1. Құрылыс керамикасындағы шикізаттық материалдардың минералогиялық құрамын талдау
Сабақ 2 сағатқа есептелген.
Сабақтың мақсаты: керамикалық материалдар шикізатының минералогиялық құрамын білу, құрамның шикізат пен бұйым қасиетіне және өндіру технологиясына әсерін оқып үйрену.

Саздың минералогиялық құрамы кейбір өзіне тән сазды минералдардың болуымен сипатталады. Оларға каолинит, галлуазит, монотермит, гидрослюда, монтмориллонит, бейделит жатады. Сазда бұлардан бөлек басқа да аралас түріндегі жоғарыдисперсті минералдар болады.

Сазды құрайтын минералдарды, өзіне тән қасиеттері бойынша келесі топтарға бөледі:

1-топ - каолинит, накрит, диккит, галлуазит;

2-топ - монотермит;

3-топ- гидромусковит, гидробиотит, вермикулит;

4-топ – монтмориллонит, бейделлит;

5-топ- пеннин, клинохлор;

6-топ - аллофон.
Каолинит – кең тараған сазды минерал, құрамы бойынша сулы алюмосиликат (моноклинді), құрылысы қабатты, табиғатта гексагональды немесе өлшемі 1мк жуық дұрыс емес пішіндегі қабыршақ түрінде кездеседі. Қабыршақ пен пластинкалардың жалтырақтығы перламутр, сипап қарағанда майлы, орташа тығыздығы 1,8-2,2 г/см³, жұғу жылуы 1-2 ккал/г, гидрофильді қасиетке ие, сумен аараласқанда иілімді қамыр түзеді, бірақ ісінуі әлсіз, су мен онда еритін заттарды аз сорып жұтады; қышқыл ортада тұрақты; әр түрлі саздың құрамына кіреді.

Монотермит – қәзіргі кезде жеке сазды минерал болып бөлінбейді. Ю.А. Русько және В.П. Ананьевтің пайымдауынша ол гидрослюда мен каолиниттің жұқа механикалық араласы. Каолинитке қарағанда монотермиттің ісінуі мен жұту сыйымдылығы күштірек болып келеді.

Монотермит иілімді отқа төзімді саздың құрам бөлігі болып табылады. (Часов-Яр, Украина, Бускуль, Уралда және т.б.);

Саздар сазды минералдардың, кварц, слюда түйірлері, ыдырамаған дала шпатының түйірлері, қанық боялған минералдардың және т.б. механикалық араласы. Сумен тасымалдау процессінде саз бір жағынан, іріктеледі, одан алғашқы түзілімдегі ірі бөгде түйірлер бөлініп шығады, бірақ екінші жағынан жолай оған сол кварц пен дала шпаты, слюда, кальций және магний карбонаты, кейде мөлшері 2-3 % -ға жететін рутил, темір тотығы, цирконий түйірлерінің азғана мөлшері, турмалин, авгит, гранат, роговая обманка, хлориттер, дистен, тальк қосылады. Негізінен бұл араластар саздың сапасын айтарлықтай төмендетпейді. Сонымен қатар, сазға өзгеруді, бұйымның бетінде қара дақтар мен басқа да ақауларды болдыратын зиянды қоспалар: күкіртті колчедан (пирит), гипс, еритін тұздар (сульфаттар, хлориттер, ванадаттар) қосылып кетуі мүмкін. Егер сазда кальций карбонаты конкреция түрінде кездесетін болса (түйір өлшемі 1мм үлкен), онда оны да зиянды қоспалар қатарына жатқызуға болады.

Жоғарыда айтылғандардан бөлек, саз құрамында органикалық материалдардың араласпалары болады.

Саздың қасиетінің өзгеруіне негізінен келесі араласпалар әсер етеді:а) құм (кварцты, далашпатты); б) құрамында темірі бар минералдар (пирит, марказит, гематит, лимонит); в) карбонаттар (әктас, магнезит); г) гипс; д) еритін тұздар; е) органикалық заттар қоспасы; ж) слюда (биотит, мусковит).

Сазды массада құм қаңқа ролін атқарады. Саздың шөгу немесе ісінуге қабілеті құмның болуына байланысты.
Тапсырма:

1. 
   Негізгі сазды минералдарды тізіп, олардың формуласын жазып, сазды шикізатқа беретін қасиеттерін айтыңыз.
   
2. 
   Сазды шикізатта кездесетін араласпаларды айтыңыз, олардың химиялық формуласын жазыңыз.
   
3. 
   Сазды шикізаттағы карбонатты қоспалардың химиялық формуласын жазыңыз. Оларды табатын әдістерін және дайын керамикалық бұйымның қасиеті мен технологиясына әсерін жазыңыз.
   
4. 
   Сазды шикізатта кездесетін құм түрін тізіп, формуласын жазыңыз, олардың керамикалық материалдардың қасиеттері мен технологиясына әсерін жазыңыз.
   

1. 
   Минерал дегеніміз не?
   
2. 
   Саздың түзілуі.
   
3. 
   Саздың минералогиялық құрамы.
   
4. 
   Негізгі сазды минералдар, қасиеттері.
   
5. 
   Саздағы қоспа минералдар, оның саз қасиеттеріне әсері.
   

1. 
   Қаныбеков Ж.К. Керамикалық құрылыс материалдар технологиясы. Оқу құралы, Шымкент, 2004.-75б.
   
2. 
   Волкова Ф.Н. Общая технология керамических изделий. - М.:Стройиздат, 1989
   
3. 
   Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции.
   

4. 
   Сайбулатов С.Ж. Производство керамического кирпича. М.Стройиздат, 1989
   
5. 
   Августиник А.И. Керамика. Л.: Стройиздат, 1975. 591 с.
   
6. 
   Кошляк Л.Л., Калиновский В.В. Производство изделий строительной
   керамики. -М.: Высшая школа, 1985
   

Каолинит минералы 39,5% Al₂O₃ (глинозем), 46,5% SiO₂ – (кремнезем) және 14,0% Н₂О (химиялық байланыстағы су) тұрады. Бірақ, құрамында айтарлықтай әр түрлі аралас қоспалардың болуынан, табиғатта кең тараған саз көптеген химиялық қосылыстардан тұрады. Химиялық саралаудың нәтижесі бойынша саздың көп қасиеттері туралы айтуға болады. Құрамындағы глиноземның болуына байланысты сазды отқатөзімділігі бойынша әр түрлі класқа, Al₂O₃ + Ті₂О қосынды құрамы бойынша күйдіру кезіндегі бұйымның деформацияланатын температурасы жайлы, Fe₂O₃+ FeO қосындысы және К₂О – b Na₂O сілтілері бойынша – саздың жеңілбалқығыштығы мен ісінуге қабілеттілігі жайлы айтуға болады. Мұнымен қоса, сілтілердің едәуір құрамы, әсіресе К₂О, саздың құрамында слюда мен гидрослюданың көп екенін білдіреді. Fe₂O₃ мен Ті₂О мөлшерімен шикізатты бояғыш тотықтар құрамы бойынша жүйелейді, сондықтан да ақ және түсті бұйымдар өндірісі үшін оның жарамдылығы туралы жорамалдайды.

Саздағы кремнеземның құрамы басқа химиялық қосылыстармен салыстырғанда жоғары -70% -ға дейін. Кремнезем екі түрде болуы мүмкін- сазды минералда химиялық байланыс түрінде және еркін майдадисперсті кварц араласы түрінде. Құмы көп саз әдетте жеңілбалқитын болады.
Тапсырма:

1. 
   Бояғыш қоспалардың химиялық формуласы мен сазды шикізатқа беретін түстерін жазыңыздар.
   
2. 
   Химиялық құрамы: SiO₂ –55,48%, Al₂O₃ - 20,50%, Fe₂O₃ - 8,10% CaO-3,00%, MqO - 2,35%, Na₂O – 2,56%, K₂O -1,00%, қ.к.ш.-8,00% болатын саздағы каолинит пен құмның мөлшерін анықтаңдар. СаО толығымен СаСО₃ -ң құрамына, Na₂O- дала шпатының (плагиоклаз), MqO – слюданың: 4MqO·K₂O·2Al₂O₃ · 6 SiO₂ ·2Н₂О. құрамына кіреді деп болжауға болады.
   
3. 
   Августиник диаграммасын пайдаланып (1-сурет) саздың химиялық құрамын (%) алдын ала мольдік құрамға айналдырып алып, келесі химиялық құрамдағы (1-кесте) түрлі сазды шикізаттың шамамен қолдану аясын анықтаңдар.
   

1. 
   кесте - Саздың химиялық құрамы.
   

1. 
   Химиялық құрамның минералогиялық құрамнан айырмашылығы қандай?
   
2. 
   Саздың химиялық құрамы.
   
3. 
   Аl₂O₃ саздың қасиеттеріне әсері.
   
4. 
   SiO₂ саздың қасиеттеріне әсері.
   
5. 
   Na₂ O, K₂O саздың қасиеттеріне әсері.
   
6. 
   CaO саздың қасиеттеріне әсері.
   
7. 
   Fe₂ O₃ , FeO саздың қасиеттеріне әсері.
   

1. 
   Қаныбеков Ж.К. Керамикалық құрылыс материалдар технологиясы. Оқу құралы, Шымкент, 2004
   
2. 
   Волкова Ф.Н. Общая технология керамических изделий. М.:Стройиздат, 1989
   
3. 
   Наназашвили И.Х. Строительные материалы, изделия и конструкции.
   

4. 
   Сайбулатов С.Ж. Производство керамического кирпича. М.Стройиздат, 1989
   
5. 
   Августиник А.И. Керамика. Л.: Стройиздат, 1975. 591 с.
   
6. 
   Кошляк Л.Л., Калиновский В.В. Производство изделий строительной
   керамики. -М.: Высшая школа, 1985
   

Рентген сәулесін кристалды заттарды зерттеу үшін қолдану оның толқын ұзындығының табиғи дифракциялық тор қызметін атқаратын кристалл торларында ретімен орналасқан атомдар ара қашықтығымен сәйкес келуіне негізделген. Рентгенографиялық әдістің мәні рентген сәулесінің кристалл құрылымындағы атом жазықтықтарымен шағылысқан кездегі дифракциялық бейнесін зерттеу болып табылады.

Рентгенографиялық талдау негізінде рентген сәулесінің атом жазықтығына түсу немесе шағылысу бұрышы θ және λ толқын ұзындығы мен жазықтық аралық қашықтықты d байланыстыратын Вульф – Брегг теңдеуі жатыр:
nλ=2d·sinθ ( 1)
мұндағы: n – бүтін сан (1,2,3 т.б..), спектр реті немесе шағылысу реті деп аталады

Рентгенографиялық талдау әдістері әр түрлі материалдардың құрылымы, құрамы мен қасиеттерін зерттеу үшін кеңінен қолданылады. Рентгенографиялық талдау көмегімен: материалдардың сандық және сапалық минералогиялық және фазалық құрамын (рентгенфазалық талдау), кристалды заттардың нақты құрылымын – пішінін, өлшемін, қарапайым ұяшықтың типін, кристалдардың симметриясын, атомдардың кеңістіктегі координаталарын (рентгенқұрылымдық талдау); кристалдардың жетілу дәрежесін және оларда зоналық кернеуліктің болуын; монокристалдардағы мозаикалық блоктардың өлшемін; қатты ерітінділердің типтерін, олардың реттілік дәрежесі мен еру шекарасын; дисперсті жүйелердегі бөлшектердің өлшемі мен бағытын; заттардың текстурасы мен әр түрлі материалдардың беткі қабаттарының күйін; тығыздығы, термиялық кеңею коэффициенті, жабындардың қалыңдығын; бұйымдардағы ішкі микродефектерді (дефектоскопия); төмен және жоғары температура мен қысымның әсерінен болатын заттағы өзгерістерді анықтауға болады.

1. 
   Құрылыстық керамика бұйымдар өндірісінде қолданатын шикізаттың рентгенограммасын шешіңдер. 2,3,4- суреттер
   

2- сурет –№ 1шикізаттың рентгенограммасы

3- сурет –№ 2 шикізаттың рентгенограммасы

№	d, А0, кристалды тордың параметрі	I, қарқындылығы	зат

2. Сазды материалдардың сапалық минералогиялық құрамын негізге ала отырып, олардың қасиеттері мен қолдану аясын айтыңыздар.

1. 
   Рентгенографиялық талдау әдісінің маңызы.
   
2. 
   Рентгенографиялық талдау әдісінің мүмкіндіктері.
   
3. 
   Вульф-Брегг теңдеуі.
   
4. 
   Рентгенфазалық талдауды жүргізу техникасы.
   
5. 
   Сандық және сапалық рентгенфазалық талдау. Шешетін тапсырмасы.
   
6. 
   Негізгі сазды минералды атаңыз.
   
7. 
   Негізгі сазды минералдың қасиеттері мен құрылымының ерекшеліктері.
   

1. 
   Қаныбеков Ж.К. Керамикалық құрылыс материалдар технологиясы. Оқу
   

2. Волкова Ф.Н. Общая технология керамических изделий.–М.:Стройиздат,

1989

3.Августиник А.И. Керамика. Л.: Стройиздат, 1975, 591 с.

5. Павлов В.Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной

керамики. М.: Стройиздат, 1977

6. В.С.Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев. «Методы физико-химического

анализа вяжущих средств».-Москва.,Высшая школа, 1981г.-335с.

7. В. Потемкин, Н.А. Зиброва, Ю.А. Мамонтов и др. «Методы исследования

и контроля строительных материалов». Шымкент, 1994г.-67с

8. Қалшабекова Э.Н., Рысдаулетов Р.А. «Құрылыс материалдар химиясы» пәнінен практикалық сабақтарды өткізуге арналған әдістемелік нұсқаулық. М.Әуезов атындағы ОҚМУ, Шымкент-2009, 42б.

.

Практикалық сабақ №4. Саздың негізгі қасиеттерін анықтау



Сабақ 2 сағатқа есептелген.
Сабақтың мақсаты: Саздың негізгі қасиеттері мен анықтау әдістерін және олардың керамикалық материалдарды өндіру кезінде болатын процесстерге әсерін меңгеру.
Керамика өндірісінде саздың қасиеттері өте маңызды. Физикалық қасиеттерінің ішінен әсіресе олардың иілгіштігін, байланыстырғыш қабілетін, сусіңіргіштігін, ауалық және оттық шөгуін, отқа төзімділігін, қоршаған ортамен иондық алмасуға қабілеттілігін білу маңызды.

Ылғал саздың сыртқы күш әсерінен берілген пішінді қабылдап және түскен қысымды алғаннан соң, сол пішінді сақтау қабілеті иілгіштікті көрсетеді. Саздың иілгіштігін оны ашық ауада біраз уақыт жатқызу арқылы жоғарылатып және жылыту немесе қоспалар, мысалы, кремнезем қосу арқылы төмендетуге болады.

Ерекше иілгішті болып монтмориллонитті, ал ең аз иілгіштікке – каолинитті саздар жатады. Өлшемі 0,001мм кіші болатын бөліктердің көбеюімен саздың иілгіштігі жоғарылайды.

Саздың байланыстырғыш қабілеттілігі – тығыздалған ылғал саздың кепкеннен кейін шашылмай, берілген пішінді сақтауы, мысалы, шикі- бұйымды келесі күйдіру үшін. Сонымен қатар, бұл қабілеттілік саз иілгішті емес материалдардың түйірлерін байланыстыруын көрсетеді, мысалы құм немесе басқа ірі минералдың қосылмаларын.

Кейбір саздардың сусіңіргіштігі үлкен санға жетеді, себебі су тек сызат пен капилляр бойымен еніп қана қоймай, сондай-ақ кейбір минералдардың кристал торындағы қабат аралығын саздың ісіну эффектісімен 40% және одан жоғары етіп ашып енеді.

Ауалық және оттық шөгу саздың ауада кепкеннен соң немесе күйдіргендегі көлемінің кішірею қабілетін көрсетеді. Шөгудің үлкен болуы, егер де сазды жүдетпесе, яғни оған керемнезем қоспаса сызаттың пайда болуына апарып соқтырады.

Жоғарыиілімді саздардың кепкен кезіндегі ауалық шөгуі 10-15% -ға дейін жетеді. Күйдіру кезінде саздың жеңілбалқитын компоненттерінің біраз бөлігі балқып, кеуектерді толтырады. Бұл олардың бөліктерінің (түйірлері) бір- біріне жақындауы мен оттық шөгу әсеріне апарады. Ауалық және оттық шөгулердің қосындысы (толық шөгу) 18% -ға дейінгі аралықта болады.

Отқа төзімділік саздың балқымай және өзгеруге ұшырамай жоғары температураға төтеп беруі маңызды қасиет болып табылады.

Толығымен күйген сазды бұйымның (черепок) сусіңіргіштігі 2..5%. Пісу температурасынан жоғары қыздырғанда балқыма мөлшері артып, кеуек көлемін ұлғайып, осыдан барлық массаның балқуының есебінен бұйым деформациялана бастайды. Саздың пісу температурасы мен деформациялану басының арасындағы интервалы пісу интервалы деп аталады. Интервал үлкен болса, күйдіру жайлы өтіп, күйдіру кезіндегі бұйымның деформациялану қаупі азаяды. Тығыз бұйым (черепок) алу үшін пісу интервалы 100⁰С кем болмау керек, кеуекті үшін – 40-50⁰С кем болмауы тиіс. Отқа төзімділік саздың химиялық және минералогиялық құрамына тәуелді. Каолиниттің болуы әрқашан отқатөзімділік дәрежесін жоғарылатады, сазда минерал- плавнидің аз ғана мөлшері балқу температурасын төмендетеді.

Химиялық құрам саздың пісу температурасына әсер етеді. Тотықтардың балқу температурасы жоғары: SiO₂ -1713⁰C, Al₂O₃ – 2050, MgO-2800, Fe₂O₃-1548, FeO- 1380, TiO₂-1700⁰C және т.б. Дегенмен іс жүзінде сазда химиялы таза тотықтар аз. Олар химиялық байланыстағы минералдар түрінде, ал жоғары температурада сазды массаның балқу температурасын айтарлықтай төмендететін эвтетикалық аралас түрінде болады.