Produse ceramice pentru zidrie
1.Definitii.Generaliti Produsele ceramice sunt materiale sub
forma de bucai de diferite forme si dimensiuni, obtinute prin
fasonarea, uscarea si arderea la temperaturi inalte a maselor
argiloase. Obtinerea produselor ceramice a preocupat omul din
timpuri stravechi, iar dezvoltarea in timp a tehnologiilor de
fabricaie a materialelor ceramice a condus la ameliorarea
calitatilor naturale ale argilelor si pamanturilor argiloase
utilizate ca materii prime, de asemenea a condus la inlaturarea
unor dificultai de fabricaie i nu in ultimul rand a condus prin
perfecionarea tehnologiilor , la lrgirea sortimentelor de produse
ceramice. 2.Materia prim Materia prim de baza utilizata la
fabricarea produselor ceramice o constituie argila de tip
caolinitic. Amestecul plastic cuprinde in compozitie si alte
materiale in cantitati mici cum ar fi: degresani sau aglomerani;
fondani; eventual,adaosuri refractare. 2.1.Argila, structur si
propietati Din punct de vedere mineralogic, argilele sunt alctuite
din compui aluminosilicatici cu formula chimica: 2SiO2Al2O3
2H2O-sub forma de particule lamelare cu dimensiuni de maxim 5, cu
structura cristalina si caracter puternic hidrofil. In amestec cu
apa argila formeaz paste plastice, moleculele de ap adsorbite de
particulele de argil formeaz straturi suprapuse succesiv, straturi
care la rndul lor influeneaz prin grosime o serie de
caracteristici, mai ales plasticitatea. In acest sens se poate
aprecia ca primul strat (i cel mai strns legat) l formeaz apa de
higroscopicitate. Straturile urmtoare, pe msur ce se deprteaz de
particulele solide, sunt din ce n ce mai slab atrase de acestea i
formeaz apa pelicular. Apa care nu este legat n nici un fel de
particulele solide formeaz apa liber. Variaiile de volum ale apei
libere sau peliculare (prin
evaporarea respectiv adiie de ap din exterior) produce variaiile
de volum ale argilei. Variaia de volum a argilei prin pierderea
apei libere i peliculare datorat evaporrii, const n reducerea
dimensiunilor (a volumului) materialului argilos i este cunoscut
sub denumirea de contracie la uscare. Contracia la argile este
nsoit de obicei de fisuri i crpturi. Procesul de fisurare este
determinat de uscarea neuniform n masa argilei. Astfel, cnd ncepe
uscarea argilei, se formeaz un strat superficial uscat, cu tensiuni
interioare (ntindere) datorate contraciei la uscare ce provoac
tendina de micorare a dimensiunilor stratului superficial pe de o
parte i mpiedicrii acestei deformaii de ctre stratul imediat urmtor
dup stratul superficial, care neintrnd n proces de uscare nu-i
modific dimensiunile. In condiiile deformaiei mpiedicate,
eforturile provocate de contracie depesc rezistena la ntindere a
stratului superficial de argil i acesta fisureaz. Fisura format se
dezvolt, antrennd straturile urmtoare i degenernd n crptur.
Plasticitatea argilelor este determinat de forma lamelar a
particulelor de argil i prezena peliculelor de ap pe suprafaa lor.
In aceste condiii, cand asupra particulelor de argil se acioneaz cu
o for exterioar, peliculele de ap acioneaz ca un lubrifiant, astfel
nct permit alunecarea particulelor de argil, ceea ce favorizeaz o
deformatie permanent. 2.2. Comportarea argilei la nclzire
Comportarea la nclzire i temperatura la care are loc arderea
argilelor sunt caracteristici ce intereseaz n vederea utilizrii
acestora n construcii. La nclzirea argilelor se disting mai multe
etape, n care au loc transformri fizice si reacii chimice, dup cum
urmeaz: Etapa 1. La temperaturi cuprinse ntre 0 - 110 C - se poate
aprecia c pn la temperatura de 110C are loc pierderea apei
peliculare i libere, ce are ca efect o reducere de volum -
contragere sau contracie la uscare. La umezire argila redevine
plastic, deci pierderea apei pn la aceast temperatur constituie o
transformare reversibil; Etapa 2. La temperaturi de 110C - 460C se
constat o nou pierdere de greutate, fr contragere, datorit
pierderii apei de higroscopicitate.
Argila devine poroas, sfrmicioas si nu conine dect apa legat
chimic n moleculele de caolinit; Etapa 3. La temperaturi de cea.
460C, are loc pierderea apei legate chimic (de cristalizare) ct i
proprietatea argilei de a da amestecuri plastice. Bioxidul de
siliciu i trioxidul de aluminiu devin active din punct de vedere
chimic. Aceast transformare are loc pn la 750 C i este ireversibil;
Etapa 4. La temperaturi ntre 750C i 900C masa de argil (deja poroas
i sfrmicioas) capt si rezistente mecanice considerabile. Aceasta se
datoreaz reaciei care are loc ntre cei doi oxizi activi n jurul
temperaturii de 860C, cnd se recombin: 3(A12O3. 2SiO2) -->
2SiO2. 3A12O3 + 4SiO2 (7.1) Se formeaz un nou compus numit mulit
(2SiO2.3AI2O3), care este nsoit de o nou micorare de volum
(contracia la ardere) i rmne liber o important cantitate de SiO2;
Etapa 5. La temperaturi peste 900C, odat cu creterea temperaturii
se constata i o scdere a porozitii, concomitent cu creterea
rezistenei mecanice,chimice i a stabilitii la ap a materialului
(procesul este accelerat de prezena impuritilor). Fenomenul care se
datoreaz reaciei dioxidului de siliciu rmas liber la formarea
mulitului cu diveri oxizi metalici (impuritile argilei) - n urma
creia se formeaza substane sticloase cu punct de topire cobort i
acestea sub form de topituri ptrund n porii argilei -poart
denumirea de clincherizare cnd porozitatea rezultat scade sub 8%,
sau vitrificare cnd parozitatea scade sub 2%. Temperaturile la care
se produc aceste fenomenele sus menionate poart denumirea de
temperatur de clincherizare, respectiv de vitrificare. Etapa 6. La
creterea n continuare a temperaturii, argila se deformeaz sub
greutate proprie (la temperatura de refractaritate) i apoi se
topete devenind un lichid vscos.
2.3. Caracteristici tehnice ale argilei, ncercri i condiii de
calitate
Utilizarea argilelor la fabricarea produselor ceramice are la
baz proprietatea acestora, ca n amestec cu apa s dea o mas plastic
uor de modelat. Aprecierea plasticitii argilei se face prin
indicele de plasticitate (Ip), care se determin folosind aparatul
Vicat modificat.
Fig.1 Aparatul Vicat modificat
Avnd n vedere faptul c mrimea contraciei argilei la uscare,
respectiv la ardere, au implicaii deosebite n procesul tehnologic
de fabricaie al produselor ceramice, acestea se determin n condiii
de laborator, prin msurtori fcute pe epruvete n condiii
standardizate. 2.3.a. Determinarea indicelui de plasticitate (Ip)
presupune determinarea umiditii corespunztoare unei deformaii
standard (raport de turtire r 3,5)
suferit de o prob cilindric de argil, sub aciunea unei greuti
standardizate. Din punct de vedere al indicelui de plasticitate
(Ip) argilele se clasific n: 1. argilele cu plasticitate superioar
cnd Ip > 30%; 2. argile cu plasticitate medie cnd Ip = 15 - 30%;
3. argile cu plasticitate sczut cnd Ip = 7 - 15%; 4. argile
neplastice cnd Ip < 7%. 2.3.b. Determinarea contraciei
argilei
Determinarea contraciei la uscare (Cu%), respectiv la ardere
(Ca%) se face pe epruvete de forma cubic cu latura de 5 cm, pe una
din fee trasndu-se diagonalele. Marcnd lungimea iniial a celor dou
diagonale la 25 mm de punctul de intersecie i msurnd valoarea celor
dou segmente dup uscare, respectiv dup ardere, se poate calcula
contracia cu relaiile urmtoare: Cu= x100[%]
Ca=
x100[%]
Ct= unde:
x100[%]
L0 = lungimea iniial; Lu = lungimea dup uscare; La = lungimea
dup ardere; Ct % = contracia total. Uscarea se realizeaz n condiii
de laborator, n etuve, la temperaturi standardizate, arderea
efectundu-se n cuptoare de laborator , n condiiile tehnologice de
ardere ale produselor ceramice. 2.4. Clasificarea argilelor n
funcie de refractaritate In funcie de temperatura de refractaritate
argilele se clasific astfel: a. b. c. argile fuzibile, cu punct de
refractaritate sub 1100C; argile vitrifiabile, cu punct de
refractaritate pn la 1580C; argile refractare, cu punct de
refractaritate peste 1580C.
Aceast caracteristica tehnic a argilelor este foarte important,
deoarece funcie de aceasta se alege domeniul de utilizare al
argilei respective, astfel: - argilele cu punct de refractaritate
< 1100C se folosesc la obinerea produselor ceramice brute
poroase;
- argilele cu punct de refractaritate pn la 1580C se folosesc la
obinerea produselor ceramice clincherizate i vitrificate; -
argilele cu punct de refractaritate peste 1580C se folosesc Ia
obinerea produselor refractare. Ca mod de rspndire n natur,
argilele fuzibile sunt cele mai rspndite, cele refractare fiind mai
rare. 2.5. Materiale de adaos In vederea mbuntirii proprietilor
maselor argiloase pentru obinerea masei ceramice se folosesc o
serie de materiale de adaos, ca: - degresani; - aglomeranti; -
fondani; - adaosuri refractare. 2.5.a. Degresantii sunt materiale
de adaos ce au rolul de a micora plasticitatea argilelor si totodat
contracia ei la uscare. Aceste materiale au rolul de a reduce
volumul fisurilor ce apar la uscare. Din aceasta categorie fac
parte urmtoarele materiale: rusipul silicios, praful de amot (argil
refractar ars i mcinat), cenui, zgur mcinat etc. 2.5.b.
Aglomerantii sunt materiale de adaos ce au rolul de a mari
plasticitatea argilelor slab plastice, n vederea reducerii
manoperei de fasonare a formelor crude. Din categoria materialelor
de aglomerare fac parte: varul, dextrina, melasa, gudroanele etc.
2.5.c. Fondantii (topitori) suni materialele de adaos ce au rolul
de a cobor temperatura de ardere a masei argiloase, in scopul
reducerii consumului de combustibil necesar acestei operaii. Din
aceast categorie fac parte urmtoarele materiale: feldspat, calcar,
dolomita etc. 2.5.d. Adaosuri refractare sunt materiale care
introduse n masa ceramica i mresc punctul de refractaritate i se
folosesc la obinerea produselor refractare(cu temperatura de topire
mare).
Din aceast categorie fac parte urmtoarele materiale: amot,
cuarul etc. 3. Procesul tehnologic de obinere a produselor ceramice
Fazele tehnologice de obinere a produselor ceramice, n ordinea
executrii lor, sunt: 1.pregtirea masei plastice; 2.fasonarea
formelor crude; 3.uscarea formelor crude; 4.arderea produselor
uscate; 5.decorarea produselor arse. 3.1. Pregtirea masei plastice
- const n dozarea componentelor i realizarea amestecului ntre argl,
ap si materialele de adaos. Operaiile de pregtire a masei plastice
n ordinea executrii lor sunt: 1. splarea materiei prime - operaie
specific procesului tehnologic de obinere a produselor ceramice
fine; 2. macerarea materiilor prime - este un proces natural, ce
const n pstrarea argilelor n depozite descoperite unde n timp se
produce putrezirea materialelor organice, iar sub aciunea
nghe-dezgheului se produce o sfrmare natural a argilelor macerarea;
3. urmeaz operaia de purificare, de ndeprtare a materialelor
nedorite cum ar fi silicea (prin ardere sufer transformri polimorfe
i d mriri de volum ce produc fisurarea masei ceramice) i calcarul
(prin ardere formeaz CaO, care prin hidratare i mrete volumul
producnd fisurri n produsul finit). In afar deci de macerarea
natural se face i o mrunire a masei argiloase n instalaii speciale
(colerganguri), ce au i rolul de a nu lsa s treac buci de calcar
mai mari de 2mm i agregat silicios mai mare de 7 mm, ce au efectele
prezentate mai sus; 4. amestecarea argilei macerate i purificate cu
materialele de adaos i omogenizarea lor, dup care se adaug apa i se
continu amestecarea, pn la obinerea unei anumite plasticiti,
impuse.
3.2. Fasonarea formelor crude este operaia prin care se da forma
definitiv produsului, ceramic, uor mrita, avnd n vedere contracia
la uscare, respectiv la ardere, a masei ceramice. Fasonarea se
poate face manual sau mecanic. 3.2.a. Fasonarea manual se realizeaz
pentru produse ceramice cu form deosebit, ce nu pot fi executate de
maini, sau la produse pentru zidrii mai puin pretentioase.
Consistena masei argiloase este plastic, fasonarea produselor
executndu-se prin presare manual n tipare (forme). 3.2.b. Fasonarea
mecanic: funcie de consistena amestecului se poate realiza prin
urmtoarele procedee: 1. turnarea masei ceramice fluide n tipare
absorbante de ipsos; 2. turnarea i presarea uoar (prin intermediul
unui piston) a masei ceramice plastice n tipare; 3. presare energic
a masei ceramice vrtoase ( extrundere). Ultimul procedeu i cel mai
utilizat n fasonarea mecanic a crmizilor pentru construcii se
realizeaz cu ajutorul presei cu melc i filier din figura.
Fig.2 Presa cu melc i filier
Masa argiloas introdus n corpul presei, ajunge presat de la
valuri la cuite, de unde tiat, mrunit, este preluat i adus spre
filiera de urubul melcat. Forma obinut prin filier este tiat la
dimensiunile dorite de dispozitivul de tiere. 3.3. Uscarea formelor
crude este operaia care se efectueaz pentru a preveni fisurarea i
crparea produselor ceramice datorit evaporrii rapide a apei care
s-ar produce n timpul arderii formelor crude.. Uscarea se poate
face n dou moduri: - natural; - artificial.
3.3.a. Uscarea natural are loc n spaii deschise, acoperite -
oproane. Produsele se aeaz cu interspaii ntre ele, pentru a permite
ventilarea natural. Procedeul de uscare prin ventilare natural
prezint dezavantajul unei durate mari de uscare (15 - 20 zile).
3.3.b. Uscarea artificial (cu aer cald) rezolv problema duratei
mari necesare uscrii naturale i n plus, realizeaz un deziderat
major i anume recuperarea energiei termice puse n libertate la
arderea produselor ceramice. Uscarea artificial se realizeaz pe
fluxul de obinere al produselor ceramice, n spatii construite n
funcie de tipul de cuptor, sub form de tuneluri sau camere i
nclzite cu aer cald rezultat din camerele de ardere, sau n usctorii
montate deasupra cuptoarelor, care folosesc cldura radiat de
cuptoare. 3.4. Arderea formelor uscate este operaia prin care forma
uscat, prin nclzire progresiv la temperaturi nalte se transform
ntr-un material dur, rezistent mecanic i chimic i stabil la aciunea
apei. Acest proces se desfoar n cuptoare ce pot avea funcionare
continu sau intermitent. 3.4.a. Cuptoarele cu funcionare
intermitent - sunt alctuite din camere de ardere, n care arderea
este oprita pentru ncrcarea i descrcarea produselor. Aceste
cuptoare prezint dezavantajul unui mare consum de combustibil,
nerecuperndu-se nici cldura gazelor de ardere, nici cea a
produselor arse. Un astfel de cuptor este cuptorul de cmp, utilizat
la obinerea unor produse ceramice puin pretenioase. Din formele
crude se realizeaz o zidrie cu interspaii n care se aeaz
combustibilul solid (lemn, crbune). Se acoper zidria cu un strat de
argil, pentru meninerea temperaturii n masivul de crmid astfel ars.
Se obin produse la care arderea complet se produce doar la 70% din
materialul ars. In astfel de cuptoare se ard crmizile manuale.
3.4.b. Cuptoarele cu funcionare continu - sunt de doua tipuri: a.
cuptoare circulare (Hoffman); b. cuptoare tunel.
a. Cuptoarele circulare - au zona circular ocupat de un co de
fum, care asigura tirajul. Aceste cuptoare sunt alctuite dintr-un
numr par de camere dispuse circular, ca n fig.3.
Fig.3 Funcionarea cuptorului circular
Compartimentele sunt desprite ntre ele printr-un panou de hrtie
care arde odat cu arderea produselor. In aceste cuptoare produsele
stau pe loc i se dirijeaz arderea de la o camera la alta,
principiul de funcionare pentru un ciclu de ardere fiind urmtorul:
-n situaia din fig.3 dup cum se poate vedea, n compartimentul 14 se
introduc crmizi crude, n continuare din compartimentul 1 se scoate
arja de crmizi arse i rcite de curentul de aer proaspt care circul
n cuptor n sensul indicat de sgei. Acest curent de aer ptrunde n
compartimentele 2, 3, 4 i rcete arjele de crmid ars anterior i
astfel prenclzit constituie aerul necesar arderii combustibilului.
Gazele de ardere rezultate din camera 5 (unde este focarul n
situaia dat) contribuie Ia prenclzirea i uscarea formelor crude pn
la evacuarea spre coul de fum prin gura de evacuare de la camera
13. In momentul n care arderea este terminat n camera 5, focul
pornete n camera 6, evacuarea gazelor de ardere se face prin gura
de evacuare de la camera 14, alimentarea cu forme crude se face
prin camera 1, descrcarea crmizilor arse se face prin camera 2 pe
unde aerul proaspt ptrunde spre formele arse din camerele 3, 4, 5 i
le rcete prenclzindu-se i constituind astfel aerul necesar arderii
n camera 6, unde este focul .a.m.d. b. Cuptoarele tunel: spre
deosebire de cuptoarele circulare au zona de ardere fix. Produsele
fasonate, crude, strbat cuptorul aezate pe vagonei (fig.4), trecnd
pe rnd prin cele trei zone: prencalzire, ardere, rcire.
Micarea crucioarelor are loc n sens invers micrii aerului i
gazelor de ardere. Deci cele dou tipuri de cuptoare au acelai
principiu de funcionare cu meniunea c, la cuptorul circular se
dirijeaz zona de ardere de la un compartiment la altul n ordine,
iar la cuptorul tunel se mic formele fasonate aezate pe vagoneti,
aa cum s-a vzut att a gazelor de ardere, ct i a cldurii produselor
arse.
Fig.4 Funcionarea cuptorului tunel
3.5. Decorarea produselor ceramice - este operaia prin care se
realizata (printratamente de suprafaa) mbuntirea calitii suprafeei
produselor ceramice (impermeabilitatea) i a esteticii acestora.
3.5.a. Angobarea const n aplicarea de suspensii apoase de caolin pe
produsele uscate, prin suflare sau scufundare i arderea odat cu
acestea. Se obine o suprafa compact, lucioas, cu aspect de sticl.
Prin acest procedeu se realizeaz nnobilarea faianei, a teracotei
etc. 3.5.b. Glazurarea(smaltuirea) consta in aplicarea de diferite
suspensii apoase pe formele crude si uscate (sau arse pana la
structura poroasa),care in timpul arderii se topesc, formand sticle
transparente sau opace Prin adugarea de pigmeni minerali se obin
diverse culori. Cea mai simpl glazur se realizeaz cu sare de
buctrie, care se transform succesiv sub aciunea cldurii n oxizi de
sodiu, aluminosilicati de sodiu i prin topire, acetia dau aspectul
sticlos al smalului. Clasificarea produselor ceramice Criteriile de
clasificare uzuale sunt: 1. dup culoare i structur: colorate:
poroase - crmizi, igle, tuburi de drenaj; clincherizate - gresie
ceramic, crmizi de clincher, tuburi de
bazalt; albe: poroase - faiana, majolica; vitrificate -
porelanul, semiporelanul; 2. dup mrimea particulelor constituente
ale structurii: brute max< 5 mm, clasa A - crmizi, materiale
pentru nvelitori, materiale refractare, gresie ceramic brut;
semifne max< 1,5 mm, clasa B - teracote, gresie ceramic
semifina, abrazivi; fine - max < 0,06 mm, clasa C - faiana,
semiporelan, porelan, gresie ceramic fin.
4. Produse ceramice brute poroase folosite n construcii. 4.1.
Produse ceramice brute poroase pentru zidrii. 4.1.a. Crmizi i
blocuri ceramice pentru zidrii Crmizile pentru zidrii sunt produse.
ceramice brute, colorate, cu structura poroas, obinute prin arderea
la 900-1050C a formelor fasonate din argile fuzibile. Crmida pentru
zidrii are forma paralelipipedic i dimensiuni maxime de 290X140X88
mm. Formatul considerat normal pentru crmid, este pentru
dimensiunile de 240X115X63 i acestui format i corespunde volumul
formatului normal. Raportul ntre volumul efectiv al unei crmizi i
al formatului normal poart denumirea de "echivalent FN" (echivalent
format normal). Cnd echivalentul FN depete valoarea 2,5, produsul
ceramic respectiv poart denumirea de bloc ceramic.
Crmizi de mna (fasonate manual) au forma paralelipipedica,
formate prin presare manual, cu suprafaa plina i dimensiunile
240x115x63. Se prezint n dou sortimente, funcie de rezistena la
compresiune(marc)deteminat pe probe pregtite ca n fig.5. - 50, cu
Rc= 50-74 daN/cm2; - 75, cu Rc = 75-200 daN/cm2.
Fig. 5 Proba ncercat la compresiune
4.1.b. Crmizi pline presate pe cale umed. Clasificri,
simbolizare Crmizile au forma paralelipipedic, fee plane i muchii
drepte, cu suprafaa plina sau cu goluri i dimensiunile 240 x 115 x
63 mm i 240 x 115 x 88 mm. Cnd volumul de goluri reprezint mai puin
de 15% din volumul unei crmizi, acestea se includ n categoria
crmizilor pline. Golurile create au rolul de a mari suprafaa de
uscare i de micorare a greutii produselor. Funcie de densitatea
aparent, aceste produse se clasific n clase de calitate: -clasa C1
- cu a < 1,3 kg/dm3; -clasa C2 - cu 1,3 < a < 1,6 kg/dm3;
-clasa C3 - cu 1,6
