(1 ore) Tema 13 Tehnologia producerii ţiglei. Tipurile de ţiglă. Materia primă, principiile determinări componenţei masei ceramice conform proprietăţilor de uscare şi ardere a

ţiglei brute. Caracteristica tehnică şi cerinţele faţă de standarde. Indicii tehnico-economici a producerii şi utilizării.

Типы изделий и требования к ним. Черепицу глиняную подразделяют на рядовую - для покрытия скатов

кровли, коньковую - для покрытия коньков и ребер, разжелобчатую - для покрытия разжелобков, кольцевую - для замыкания рядов и специального назначения для крыш со сложной конфигурацией (всего более 13 типов). Из многих типов черепицы стандартом (SM 261:2005) предусматривается выпуск пазовой штампованной, пазовой ленточной, плоской ленточной, волнистой ленточной, S-образной ленточной и коньковой черепицы (рис. 76).

Кроющие и габаритные размеры черепицы приведены в табл. 22.Полезная кроющая площадь составляет, %: пазовой штампованной и

ленточной черепицы по 75, плоской ленточной 46. Масса одной черепицы, кг: пазовой штампованной 2,7, пазовой ленточной 2,5, плоской ленточной 1,1, коньковой 2,8.

Черепица должна иметь правильную форму с гладкой поверхностью (форма поверхности не стандартизуется), с допускаемыми искривлениями поверхности и ребер (коробление) до 3 мм, быть хорошо обожженной, иметь в изломе однородное, мелкозернистое строение без расслоений и известковых включений, при ударе издавать чистый звук. Не допускается отбитая черепица и черепица с трещинами. Механическая прочность черепицы определяется разрушающей нагрузкой, которая должна быть не менее 1 кН для S-образной, 0,8 кН для пазовой штампованной, 0,7 кН для всех остальных типов черепицы.

Черепица должна иметь минимальное водопоглощение, морозо-стойкость ее должна быть не менее 25 циклов, глубина пазов (фальцев) не менее 5 мм, высота шипов для подвески у штампованной - не менее 10 мм, у ленточной - не менее 20 мм с отверстием диаметром не менее 1,5 мм.

Хранят черепицу в штабелях, уложенной по типам на ребро, по высоте не более 5 рядов с прокладкой из теса.

Сырьевые материалы. В производстве черепицы применяются лег-коплавкие глины и суглинки различных геологических возрастов, генезиса и технологических свойств, определяемых их химическим, гранулометричес-ким и минералогическим составом.

Качественные глины для производства черепицы имеют следующий состав, %: SiO2 – 58-71; А12О3 – 12-14; Fe2O3 - 3,5-5; СаО - 1,3-17,0; MgO – до 3,5; R2О – до 4,5;RО3 - до 1; п. п. п.- 3,5-14,0.

Вредными примесями в глинах являются известковые и песчаные (кремнистые) включения размером более 1,5 мм в поперечнике, гипс, серный колчедан, крупные органические примеси и др.

Гранулометрический состав глинистого сырья определяет не только особенности производства черепицы, но и качество ее — водопоглощение и водопроницаемость, морозостойкость и др. Тонкие фракции (0,005—0,05) затрудняют сушку и обжиг черепицы, повышают склонность к короблению и трещинообразованию, крупнозернистые - уменьшают механическую прочность, увеличивают водопоглощение и водопроницаемость, чем влияют на ее морозостойкость.

Морозостойкость черепицы повышается, если гранулометрический состав массы лежит в заштрихованной области, приведенной на рис. 77. Содержание частичек размером меньше или равных 2 мкм в смеси должны быть 23-55%. Желательно, чтобы размер наименьших частичек материала был меньше или равен 2 мкм, но содержание частичек 2-20 мкм не должно превышать 50%. Зерна с диаметром более 20 мкм оказывают большое влияние на структурно-текстурные особенности строения черепка, а следовательно, и на морозоустойчивость изделий. Содержание этой фракции должно быть в пределах 8-50%. Корректируют гранулометрический состав исходной смеси жирными глинами. При этом на морозостойкость влияет не содержание одного какого-либо минерала, а соотношения различных минералов. Содержание каолинита, иллита, монтмориллонита, хлорита в сырье должно составлять около 40%, а кварца 30-50%. Тщательная переработка сырья и подготовка массы повышают морозостойкость

черепицы.

Учитывая сложность формы и размеры черепицы, глинистое сырье должно иметь пластичность в пределах 15-25, позволяющую вводить до 20% отощающих добавок без снижения формовочной способности массы. Воздушная усадка глин должна быть до 8%, а общая усадка при температуре обжига 950-1080°С не более 12%, глины должны иметь хорошую связность, малую чувствительность к сушке и обжигу.

При использовании высокопластичного сырья в массу вводят добавки - песок (до 15-25%), шамот (10-20%), дегидратированную глину (20-40%), каолин и др.

Расход сырья на 1000 шт. черепицы составляет: для пазовой прессованной - 1,75 в плотном теле или 2,20 м3 в разрыхленном состоянии,

для пазовой ленточной - соответственно 1,50 и 1,85 м3, для плоской ленточной - 1,00 и 1,25 м3. Использование качественного сырья снижает себестоимость черепицы на 2-3%.

Переработка сырья и подготовка масс. Для получения качественной черепицы необходима тщательная переработка сырьевых материалов и подготовка массы с максимально возможным разрушением текстуры глинистых материалов. Это достигается вымораживанием и летованием (4-5 мес.), замачиванием в бучильных ямах, вылеживанием в теплых, влажных и темных подвалах (15-30 дней) предварительно переработанного и увлажненного сырья и масс.

Переработку сырья и подготовку массы ведут мокрым (пластическим) способом и реже сухим или шликерным (при наличии в глине известковых включений) по приведенной ниже схеме (см. стр. 177)

Величина зерен массы не должна превышать 0,6 мм в поперечнике. Влажность массы 18-20%. При использовании в производстве свежедобытой глины валюшки подвергают вылеживанию перед формованием 7-10 суток.

Переработка сырья и подготовка массы связаны со значительным расходом электроэнергии - 35-50 кВт на 1 т обработанной глины, что составляет около 10% общих расходов в производстве черепицы.

Формование. Формуют черепицу пластическим способом на ленточных шнековых и реже штамповочных прессах различных типов. Для формования пазовой и плоской ленточной черепицы используют вакуумные и безвакуумные ленточные прессы (СМ-446, СМ-683 и др.). В ленточных шнековых прессах для формования черепицы цилиндр имеет диаметр 250-300 мм, а при использовании прессов с цилиндром более 300 мм для формования пакета из двух черепиц, раскалываемых после обжига, применяют расширяющуюся головку. Мундштуки - металлические, неорошаемые, короткие (длина 40-50 мм), с конусностью 1:20. Уклон боковых стенок 8°, верхней и нижней - 5°. Для выравнивания движения глиняной ленты мундштуки снабжены тормозными пластинками.

Величина вакуума при формовании черепицы 84,00-86,67 Па. Производительность ленточных прессов 1200-2000 шт. черепицы в час.

Разрезают глиняную ленту на отдельные черепицы при помощи автоматов производительностью до 2000 шт. в час.

При изготовлении черепицы штампованием на салазочных или револьверных прессах предварительно заготовляют на ленточных прессах валюшки. После вылеживания валюшки разрезают на пласты, из которых штампуют черепицу. Прессы снабжены металлическими штампами (формами) (чугунными, стальными или бронзовыми) и реже гипсовыми.

Металлические штампы во время работы систематически смазывают керосином с добавкой 25-30% стеарина. Расход смазки на 1000 шт. черепицы 4-5 кг. Расход гипсовых форм на 1000 шт. черепицы 10-13 шт.

Сформованную (прессованную) черепицу укладывают на сушильные рамки (деревянные, пластмассовые и др.), оправляют, прокалывают отверстие и направляют на сушку.

Сушка. Черепицу сушат в искусственных (камерные, туннельные, конвейерные, ленточные) сушилках. Остаточная влажность 6-7%.

В камерных и туннельных сушилках сушат черепицу теплоносителем: горячим воздухом, продуктами сжигания топлива из подтопков или отходящими газами и горячим воздухом обжигательных печей, имеющим температуру 50-80 °С при относительной влажности от 20-35% (на входе) до 85-96% (на выходе из сушилки).

Длительность сушки черепицы от 25-70 ч в камерных сушилках до 36 ч и меньше в туннельных. Остаточная влажность черепицы после сушки 3-4%.

Большая скорость сушки ухудшает морозостойкость черепицы, что объясняется возможностью появления микротрещин. Высушенную черепицу немедленно направляют в обжиг, так как адсорбция влаги при длительном хранении снижает качество ее после обжига, в том числе и морозостойкость. Для того чтобы не допустить снижения качества черепицы, иногда ее предварительно нагревают в специальной камере перед подачей в печь (опыт Голландии).

Расход условного топлива на сушку 1000 шт. черепицы зависит от вида

черепицы и теплоносителя и составляет 45-100 кг. Расход топлива на сушку штампованной и пазовой ленточной черепицы на 30-35% больше, чем на сушку плоской ленточной черепицы. При использовании для сушки черепицы щелевых конвейерных сушилок с однорядной ставкой изделий срок сушки сокращается до 2 ч, а в радиационных сушилках - до 20 мин и появляется возможность автоматизировать производство.

Глазурование. Для получения цветной черепицы ее покрывают ангобом, глазурью или придают окраску при обжиге. Глазурование черепицы возможно на двух стадиях производства: после формования или после сушки. На свежесформованную черепицу пульверизацией наносят тонкий слой (0,1-0,2 мм) ангоба в виде шликера. Состав ангоба (примерный), мас.ч: 20 - пластичной глины; 35 - нифелинового сиенита; 10 - кремнезема; 30 - каолина; 5-— талька; 5 - слюды и красителя (соответственного цвета).

Покрытую ангобом черепицу сушат и направляют в обжиг. Для образования блестящего прозрачного глазурного покрытия, через которое хорошо просматривается цветной слой ангоба, в печь (периодического действия) при обжиге вводится поваренная соль (смотри «Глазурование труб»). Если в сырье есть растворимые соли, то ангоб или глазурь лучше наносить на высушенную черепицу. Черепицу покрывают вручную, обливая ее, или с помощью пистолета-распылителя, а также механически - на круговом пластинчатом конвейере пульверизацией. Глазури для черепицы должны иметь низкий КТР, температуру разлива не выше 980-1020° С, хорошо окрашиваться красителями, изготовляться из недефицитного сырья.

Окрашивание черепицы в серо-голубой цвет возможно в процессе обжига ее в печах периодического действия. Окрашивание происходит за счет восстановления Fe2O3, содержащейся в сырье до 3-7%. Для предварительного нагрева и спекания черепка предусматриваются укороченные горелки, которые к началу восстановительного периода заменяются трубками для подвода природного газа, полностью изолированного от внешнего воздуха. После подачи газа печь закрывается для предотвращения проникновения воздуха и возможности повторного окисления черепка. Для ускорения охлаждения и снижения избыточного давления за 30 мин до начала восстановительного периода в печь начинают подавать воду. Экспериментально установлено, что для полного восстановления на 1 т черепицы достаточно 14-15 м3 природного газа, количество расходуемой воды составляет 5080 л/ч.

Обжиг. Черепицу обжигают в кольцевых или туннельных печах: по режиму, сходному с режимом обжига кирпича. При обжиге черепицы в кольцевой печи ее укладывают на ребро на подсад из кирпича или ке-рамических камней на высоту не более 12 рядов. Различают садку рядовую, шахматную, в кассетах и смешанную. Плотность садки зависит от типа черепицы и составляет от 100 до 300 шт. в 1 м3 печного канала.

Длительность обжига 56-90 ч в кольцевых печах и 32-50 ч в туннельных. Кривая обжига в туннельной печи мощностью 6 млн. шт. черепицы в год приведена на рис. 78.

Расход условного топлива составляет 100-150 кг на 1000 шт. черепицы.Черепица должна быть хорошо обожжена при 900-1050° С и иметь после

обжига плотную структуру. Гладкая, немного остеклованная поверхность повышает морозостойкость черепицы. Повышению водоотталкивающих свойств, морозостойкости, прочности в 2—3 раза (что позволяет изготавливать черепицу меньшей толщины и массы) снижению водопоглощения способствует пропитка черепицы 5%-ным раствором гидрофобизирующих веществ - водоспиртовым раствором метилсиликоната натрия и др. Черепицу обрабатывают, погружая в раствор полимеров на 10-20 с, или пульверизацией.

Расход полимера 80-95 г на 1 м2 поверхности.

§ 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯГлиняной черепицей называют керамические изделия, предназначенные для

покрытия кровли по деревянной обрешетке.Черепица издавна зарекомендовала себя как долговечный кровельный материал.

Однако ей присущи и существенные недостатки. Она является относительно тяжелым кровельным материалом и требует больших уклонов кровли, что удорожает стропильные конструкции. Кроме того, она является маломерным материалом ручного монтажа, что обусловливает большую трудоемкость возведения черепичной кровли. В силу этих недостатков производство черепицы в последние годы не развивается, и в малоэтажном поселковом и сельском строительстве, где она раньше широко применялась, она уступает свое место листам волнистого асбестоцемента. Тем не менее черепицу продолжают вырабатывать сотни предприятий, и ежегодный выпуск ее составляет около 100 млн. шт.

Согласно ГОСТ 1808—54 различают несколько типов черепицы: пазовую штампованную, пазовую ленточную, плоскую ленточную и коньковую. Характеристика черепицы приведена в табл. 25.

§ 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕССГлины, применяемые для производства черепицы, не должны содержать включений

гальки и известняка крупнее 0,5—1 мм; должны обладать достаточной пластичностью (обеспечивающей хорошую формуемость массы при введении отощи-телей не более 20%) и малой чувствительностью к сушке, а также должны спекаться без короблений.

При использовании высокопластичного сырья в массу вводят отощители (шамот, песок или дегидратированную глину), в случае же применения малопластичного сырья добавляют пластичную глину. Состав массы подбирается опытным путем, при этом величина воздушной усадки не должна превышать 7, а огневой 4%.

Типичная схема технологического процесса для предприятий круглогодового действия такова.

следующие размеры пластов: длина 350—380, ширина 150—180 и толщина 40—50 мм. Валюшки вылеживаются в специальных камерах в течение 3—5 суток для выравнивания влажности и релаксации напряжений, после чего направляются на формование.

Пазовая штампованная черепица формуется в металличе-ских (чугунных, стальных, бронзовых) или гипсовых формах на салазочных и револьверных штамповочных прессах.

При использовании гипсовых форм черепица получается вы-сокого качества, но отливка гипсовых форм и формование черепицы в них связаны с рядом технологических трудностей, поэтому гипсовые формы

применяются сравнительно редко. Расход их значителен — 13 форм на 1000 шт. черепицы. Обычно гипсовые формы изготовляют непосредственно на черепичных заводах из гипса высокого качества. Для приготовления одной формы стандартного раз-мера

требуется около 2,5 кг гипса. Для приготовления раствора гипс и воду берут в отношении 1:1. Хранить гипс необходимо в сухом месте.

При формовании фальцевой черепицы в металлических формах необходимо следить за тем, чтобы формы были тщательно отшлифованы и чистые (не заржавлены). Чтобы черепица не прилипала к металлическим формам, их смазывают керосином с добавкой 25—30% стеарина либо смазкой, содержащей 120— 150 кг вазелиновых или жировых отходов на 5 кг подогретого керосина. Расход смазки на 1000 изделий составляет в среднем 4— 5 кг; наносят ее на формы тканью или мягкой кистью Специфическими случаями травматизма в производстве черепицы являются ранения рук прессовщиков штамповочных прессов. Во избежание этого прессы должны быть снабжены предохранительными приспособлениями, а рабочие должны быть обучены правилам безопасной работы.

Для формования ленточной плоской, а также коньковой черепицы применяют преимущественно ленточные вакуум-прессы, на которых устанавливают неорошаемые мундштуки длиной не более 50 мм. Вакуумирование массы улучшает качество сырца и устраняет необходимость вылеживания.

Выходящую из мундштука ленту режут на резательном станке-полуавтомате. Сформованную черепицу укладывают на рамки, обрезают заусенцы, оправляют и отбраковывают.

Затем сырец направляют на сушку в сушильные сараи или в сушилки. В сушильных сараях стеллажного типа черепица может сохнуть от 7 до 12 суток. Количество влаги, удаляемой из черепицы, колеблется в пределах 16—22% веса самой черепицы (300—500 г на 1 шт. в зависимости от свойств глины). При естественной сушке черепица высыхает обычно до влажности

5- 7%.В сушильных сараях, чтобы избежать трещин вследствие резкого изменения

температуры и наличия ветра, сырец прикрывают щитами или рогожами. На черепичных заводах средней и большой мощности черепицу сушат в камерных и туннельных сушилках того же типа, что и для кирпича. Срок сушки черепицы в искусственной сушилке — 36 ч и меньше.

После сушки и тщательной сортировки черепица поступает в обжиг. Ее можно обжигать в тех же печах, что н строительный кирпич при температуре 900—950° С. Общая продолжительность обжига в периодических печах, включая садку и выгрузку, со-ставляет 5—10 суток в зависимости от размеров горна. В туннельных печах обжиг протекает значительно быстрее — в течение 48—50 ч. В кольцевой печи черепицу обжигают обычно вместе с кирпичом. Плотность садки 270 шт. черепицы, а при комбинированном обжиге— 130 шт. черепицы и 105 шт. кирпича на I м3 обжигательного канала.

§ 3. ПОРОКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧЕРЕПИЦЫПри формовании черепицы на салазочном и револьверном прессах возможны

отклонения от заданных размеров и недопрессовка.Размеры валюшки должны соответствовать размерам черепицы. При слишком

длинной и широкой валюшке увеличивается количество обрезков: недостаточная ширина или длина валюшки, даже при большой толщине, не обеспечивает образования фальцев, лапок и шипов; изделия получаются недопрессо-ванными, неплотными, с надорванными краями. Черепица, изготовленная из короткой и узкой валюшки, имеет неоднородную плотность, что приводит к браку при сушке.

В случае дополнения неполных пластов кусками (обрезками) массы не достигается плотное соединение их с остальной массой, что является причиной брака в сушке (трещины по плоскостям спайки).

В валюшках с заметными для глаза включениями посторонних тел возникают дополнительные напряжения, могущие вызвать в сушке трещины или искривления.

При неправильной центровке осей форм пресса получается так называемая «косая черепица» со сдвинутой верхней или нижней стороной. В местах сгиба толщина черепицы меньше, вследствие чего возникают трещины при сушке. Для предотвращения этого порока необходимо проверять поперечное сечение черепицы после каждой смены форм, а также периодически контролировать состояние форм пресса.

Деформация черепицы может наступить вследствие излишне сильного прижима рамки к черепице во время съема ее с пресса или неправильного укладывания на рамку, когда планки рамки не совпадают с выступающими частями черепицы. Значительное количество брака- возникает при неправильном транспортировании сырой черепицы в сушилку.

Другой серьезной причиной брака является неправильное изготовление рамок и нерациональная укладка на них сырца. Брак в сушильной камере возникает вследствие неравномерного удаления влаги из отдельных частей изделий, что вызывает различную воздушную усадку. Черепица имеет большое число выступающих ребер, шипов, фальцев, особенно чувствительных к ускоренной сушке по сравнению с основной массой изделия. Поэтому при неправильном режиме сушки получается большое количество брака.* Трещины на черепице чаще всего возникают при слишком быстрой сушке. Края черепицы сохнут быстрее, внутренняя часть — медленнее. Трещины в сушке появляются также в ре-зультате плохой обработки глины: при наличии в отформованной черепице небольших комочков сухой глины вокруг них образуются трещинки во всех направлениях.

Недостаточная связность массы после сушки (малый предел прочности при разрыве) также может быть причиной возникновения трещин в сушке. Изделия из малопластичных глин с большим количеством мелких частиц отощителя не выдерживают напряжений, которые создаются в теле сырца при сушке, и растрескиваются. В этом случае вместо отощителей в массу надо добавить пластичные глины.

Различие в усадке, вызывая внутренние напряжения, приводит к искривлениям и трещиноватости. Чтобы предупредить такие дефекты, черепицу ставят теснее или в наклонном положении.

В черепице сложного профиля коробление и трещины чаще всего образуются около выступающих частей вследствие большой разницы в количестве воды, испаряющейся из смежных участков черепка. Выступающие части изделий полезно защищать от интенсивного испарения, покрывая их минеральным маслом или керосином.

Недожог является следствием недостаточной температуры обжига. Черепица при этом имеет бледный цвет, пониженные прочность и морозоустойчивость, а при ударе металлическим молоточком издает глухой звук. Пережог получается при слишком высокой температуре обжига. Такая черепица имеет остеклованную и частично деформированную поверхность. Трещины на поверхности появляются в результате запаривания изделий, а также резкого их охлаждения.