Materiale de Constructii - Curs 2 Materiale Ceramice PDF

MATERIALE DE CONSTRUCȚII CURS 2 MATERIALE CERAMICE MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Istoric: Materialele ceramice sunt produse sub forma de bucati de diferite forme si dimensiuni, obtinute prin fasonarea, uscarea si arderea la temperaturi inalte, a maselor argiloase. - au la baza...

MATERIALE DE CONSTRUCȚII CURS 2 MATERIALE CERAMICE MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Istoric: Materialele ceramice sunt produse sub forma de bucati de diferite forme si dimensiuni, obtinute prin fasonarea, uscarea si arderea la temperaturi inalte, a maselor argiloase. - au la baza pământurile argiloase, pentru a corespunde unor exigente privind rezistenta la solicitari mecanice precum si la actiunea agentilor atmosferici; - sunt arse in cuptoare la temperaturi inalte. In urma arderii, intervin in masa pamanturilor transformari fizice si chimice, ce ii confera acestuia o rezistenta marita, obtinand caracteristici asemanatoare pietrei naturale. Dezvoltarea in timp a tehnologiilor de fabricatie 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 dificultati de fabricatie si nu in ultimul rand a condus prin perfectionarea tehnologiilor, la largirea sortimentelor de produse ceramice. Cel mai cunoscut produs ceramic in constructii: caramida (derivat din grecescul Keramos = pamant ars) Cea mai veche forma de caramida a fost descoperita in regiunea vaii superioare a fluviului Tigru. A fost realizata din namol intarit si dateaza din anul 7500 i.Hr. Primele caramizi uscate la soare au fost facute pe teritoriul Irakului de astazi, in Mesopotamia, in vechiul oras Ur mai exact, in jurul anului 4000 i.Hr. Primele caramizi arse au fost fabricate in China mileniului II i.Hr. in apropiere de orasul Xi’an. Exemple: zidurile celui mai vechi oras din lume, Ierihon (7500 i.Hr.) si Marele Zid Chinezesc (700 i.Hr.) - peste patru milioane de cărămizi Edilii romani au utilizat şi ei intens cărămida zidită cu un mortar extrem de eficient, in compoziţia căruia era introdusă cenuşă vulcanică In America cărămida se fabrica destul de intens incă din anii 1600. Tiglele ceramice au fost utilizate incepand de greci (800 i.Hr) pentru acoperisurile inclinate, respectiv preluarea unor cantitati mari de apa. MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Istoric: MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Argila: Structura si proprietati Din punct de vedere mineralogic, argilele sunt alcatuite din compusi aluminosilicatici sub forma de particule lamelare cu dimensiuni de maxim 5µ, cu structura cristalina si caracter puternic hidrofil. In amestec cu apa argila formeaza paste plastice, moleculele de apa adsorbite de particulele de argila formeaza mai multe straturi suprapuse, straturi care la randul lor influenteaza prin grosime o serie de caracteristici, mai ales plasticitatea. In acest sens se poate aprecia ca primul strat (si cel mai strans legat) il formeaza apa de higroscopicitate. Straturile urmatoare, pe masura ce se departeaza de particulele solide, sunt din ce in ce mai slab atrase de acestea si formeaza apa peliculara. Apa care nu este legata in nici un fel de particulele solide formeaza apa libera. Variatiile de volum ale apei libere sau peliculare (prin evaporarea respectiv aditie de apa din exterior) produc variatiile de volum ale argilei. Variatia de volum a argilei prin pierderea apei libere si peliculare datorata evaporarii, consta in reducerea dimensiunilor (a volumului) materialului argilos si este cunoscuta sub denumirea de contractie la uscare. Contractia la argile este insotita de obicei de fisuri si crapaturi. Procesul de fisurare este determinat de uscarea neuniforma in masa argilei. Fisura odata formata se dezvolta accentuat, antrenand straturile urmatoare si degenerand in crapatura. Prin uscare, unele argile devin atat de tari incat pot fi folosite ca material de constructie sub forma de caramizi uscate la soare: chirpici (in contact cu apa se inmoaie din nou) MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Argila: Comportarea la incalzire si temperatura la care are loc arderea argilelor sunt caracteristici ce intereseaza in vederea utilizarii acestora in constructii. La incalzirea argilelor se disting mai multe etape: - la temperaturi cuprinse intre 0 - 110 oC; se poate aprecia ca pana la temperatura de 1100C are loc pierderea apei peliculare si libere, ce are ca efect o reducere de volum - contragere sau contractie la uscare. La umezire, argila redevine plastica, deci pierderea apei pana la aceasta temperatura constituie o transformare reversibila; - la temperaturi de 1100C - 4600C se constata o noua pierdere de greutate, fara contragere, datorita pierderii apei de higroscopicitate. Argila devine poroasa, sfaramicioasa si nu contine decat apa legata chimic in moleculele de caolinita; - la temperaturi de cca. 4600C, are loc pierderea apei legate chimic (de cristalizare) cat si proprietatea argilei de a da amestecuri plastice. Bioxidul de siliciu si trioxidul de aluminiu devin active din punct de vedere chimic. Aceasta transformare se mentine pana la 7500C si este ireversibila; - intre 7500C si 9000C masa de argila (care dupa pierderea totala a apei se transforma intr-o masa poroasa si sfaramicioasa) capata si rezistenta. Aceasta se datoreaza reactiei care are loc intre cei doi oxizi activi in jurul temperaturii de 8600C, cand se recombine. Se formeaza un nou compus numit mulit, care este insotit de o noua micsorare de volum (contractia la ardere) si ramane libera o importanta cantitate de SiO2; - la temperaturi peste 9000C, odata cu cresterea temperaturii se constata si o scadere a porozitatii, concomitent cu cresterea rezistentei mecanice, chimice si a stabilitatii la apa a materialului (procesul este accelerat de prezenta impuritatilor). Acest fenomen poarta denumirea de clincherizare cand porozitatea scade sub 8% sau vitrificare cand porozitatea scade sub 2%, iar temperaturile la care se produc aceste fenomene purtand denumirea de temperatura de clincherizare, respectiv de vitrificare; - la cresterea in continuare a temperaturii, argila se deformeaza sub greutate proprie (temperatura de refractaritate) si apoi se topeste devenind un lichid vascos. Produsul ceramic ars, care incorporeaza particule netopite se numeste clincher sau gresie ceramica. MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Clasificarea argilelor in functie de temperatura de refractaritate argilele se clasifica astfel: MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Argila: Materiale de adaos Materiile prime neplastice au rolul de a diminua unele efecte negative ale materialelor argiloase (plasticitatea ridicata, contractia mare la uscare etc) si de imbunatati proprietatiile produselor fine (cresterea transluciditatii, a rezistentei la soc mecanic si termic si la actiunea agentilor chimici). In vederea imbunatatirii proprietatilor maselor argiloase pentru obtinerea masei ceramice se folosesc o serie de materiale de adaos, ca: a. Degresantii sunt materiale de adaos ce au rolul de a micsora plasticitatea argilelor si totodata contractia ei la uscare. Aceste materiale au rolul de a reduce volumul fisurilor ce apar la uscare: nisipul silicios, praful de samota (argila refractara arsa si macinata), cenusi, zgura macinata etc. b. Aglomerantii sunt materiale de adaos ce au rolul de a mari plasticitatea argilelor slab plastice, in vederea reducerii manoperei de fasonare a formelor crude: varul, dextrina, melasa, gudroanele etc. c. Fondantii (topitori) au rolul de a scadea temperatura de formare a fazei topite (lichide) favorizand reactiile dintre componente si oferind transluciditatea produselor finite: feldspatii (alumino - silicati, anhidri de sodiu, de potasiu si de calciu), cenusa de oase( fosfat tricalci, carbonat de calciu, fosfat de magneziu, dolomita si calcarul ) d. Adaosuri refractare sunt materiale care introduse in masa ceramica ii maresc punctul de refractaritate, deci favorizeaza obtinerea unor produse refractare (cu temperatura de topire mai mare, cu o mai buna rezistenta termica, mecanica si chimica): samota, cuartul etc. Materiile prime auxiliare sunt utilizate pentru a imbunatati unele proprietati ale maselor ceramice. - Plastifiantii (parafina, dextrina etc) imbunatatesc prelucrabilitatea si maresc rezistenta mecanica a produselor nearse. - Lubrifiantii (motorina, stearatii de bariu, magneziu, zinc, petrolul lampant etc) faciliteaza fasonarea prin presarea masei ceramice datorita actiunilor de lubrefiere. - Fluidizantii (carbonat de sodiu, silicatul de sodiu etc) contribuie la stabilizarea barbonitelor ceramice cu un continut redus de apa. MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Argila: Procesul tehnologic de obtinere a produselor ceramice Fazele tehnologice de obtinere a produselor ceramice, in ordinea executarii lor, sunt: 1. Pregatirea masei plastice - consta in dozarea si realizarea amestecului intre argila, apa si materialele de adaos. 2. Fasonarea formelor crude este operatia prin care se da forma definitiva produsului ceramic, usor marita, avand in vedere contractia la uscare, respectiv la ardere, a masei ceramice. - Fasonarea manuala: se face pentru produse ceramice cu forma deosebita, ce nu pot fi executate de masini, sau la produse pentru zidarii mai putin pretentioase. Consistenta masei argiloase este plastica, fasonarea produselor executandu-se prin presare manuala in tipare (forme). - Fasonarea mecanica: functie de consistenta amestecului se poate face prin urmatoarele procedee: 1. turnarea masei ceramice fluide in tipare absorbante de ipsos; 2. turnarea si presarea usoara (prin intermediul unui piston) a masei ceramice plastice in tipare; 3. presare energica a masei ceramice vartoase (extrudare). Ultimul procedeu si cel mai utilizat in fasonarea mecanica a caramizilor pentru constructii se realizeaza cu ajutorul presei cu melc si filiera. Forma obtinuta prin filiera este taiata la dimensiunile dorite de dispozitivul de taiere. 3. Uscarea formelor crude este operatia care se efectueaza pentru a preveni fisurarea si craparea produselor ceramice datorita evaporarii rapide a apei care s-ar produce in timpul arderii formelor crude. a. Uscarea naturala are loc in spatii deschise, acoperite (soproane). Produsele se aseaza cu interspatii intre ele, pentru a permite ventilarea naturala. Procedeul de uscare prin ventilare naturala prezinta dezavantajul unei durate mari de uscare (15 - 20 zile). b. Uscarea artificiala (cu aer cald) rezolva problema duratei mari necesare uscarii naturale si in plus, realizeaza un deziderat major si anume recuperarea energiei calorice puse in libertate la arderea produselor ceramice. Uscarea artificiala se realizeaza in uscatorii, special construite sub forma de tuneluri sau camere si incalzite cu aer cald rezultat din camerele de ardere, sau in uscatorii montate deasupra cuptoarelor, care folosesc caldura radiata de cuptoare. 4. Arderea formelor uscate este operatia prin care forma uscata prin incalzire progresiva la temperaturi inalte se transforma intr-un material dur, rezistent mecanic si chimic si stabil la actiunea apei. a. Cuptoarele cu functionare intermitenta - sunt alcatuite din camere de ardere, in care arderea este oprita pentru incarcarea si descarcarea produselor. Aceste cuptoare prezinta dezavantajul unui mare consum de combustibil, nerecuperandu-se nici caldura gazelor de ardere, nici cea a produselor arse. In astfel de cuptoare se ard caramizile manuale. MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Argila: Procesul tehnologic de obtinere a produselor ceramice b. Cuptoarele cu functionare continua 1. Cuptoarele circulare - au zona circulara ocupata de un cos de fum, care asigura tirajul. Aceste cuptoare sunt alcatuite dintr-un numar par de camere dispuse circular. Compartimentele sunt despartite intre ele printr-un panou de hartie care arde odata cu arderea produselor. In aceste cuptoare produsele stau pe loc si se dirijeaza arderea de la o camera la alta. 2. Cuptoarele tunel: spre deosebire de cuptoarele circulare au zona de ardere fixa. Produsele fasonate, crude, strabat cuptorul asezate pe vagoneti, trecand pe rand prin cele trei zone: preincalzire, ardere, racire. Aceste cuptoare prezinta avantajul recuperarii atat a gazelor de ardere, cat si a caldurii produselor arse. 5. Decorarea produselor ceramice - este operatia prin care se realizeaza (prin tratamente de suprafata) imbunatatirea calitatii suprafetei produselor ceramice (impermeabilitatea) si a esteticii acestora. a. Angobarea consta in aplicarea de suspensii apoase de caolin pe produsele uscate, prin suflare sau scufundare si arderea odata cu acestea. Se obtine o suprafata compacta, lucioasa, cu aspect de sticla. Prin acest procedeu se realizeaza innobilarea faiantei, a teracotei etc. 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 adaugarea de pigmenti minerali se obtin diverse culori. Cea mai simpla glazura se realizeaza cu sare de bucatarie, care se transforma succesiv sub actiunea caldurii in oxizi de sodiu, aluminosilicati de sodiu si prin topire, acestia dau aspectul sticlos al smaltului. Procedeul de fabricatie care urmeaza fazele descrise mai sus se numeste umed, spre deosebire de cel semiuscat sau uscat, care prelucreaza paste ceramice uscate. MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE Clasificarea produselor ceramice Criteriile de clasificare uzuale sunt: 1. dupa culoare si structura: - colorate: - poroase - caramizi, tigle, tuburi de drenaj; - clincherizate - gresie ceramica, caramizi de clincher, tuburi de bazalt; - albe: - poroase - faianta, majolica; - vitrificate - portelanul, semiportelanul; 2. dupa marimea particulelor constituente ale structurii: - brute - Fmax < 5 mm, clasa A - caramizi, materiale pentru invelitori, materiale refractare, gresie ceramica bruta; - semifine - Fmax < 1,5 mm, clasa B - teracote, gresie ceramica semifina, abrazivi; - fine - Fmax < 0,06 mm, clasa C - faianta, semiportelan, portelan, gresie ceramica fina. Produse ceramice folosite in constructii. - produse pentru zidarie si invelitori (caramizi, tigle, olane etc) - tuburi din gresie ceramica - placaje ceramice pentru finisaj exterior si interior (faianta, majolica, gresie, mase speciale) - obiecte sanitare (lavoare, piedestale etc) din portelan, semiportelan, faianta, gresie Caramizile: Sunt materiale de zidarie care se obtin din argile fuzibile prin ardere la 900-1000oC. Sunt produse colorate, poroase avand dimensiuni în functie de necesitate: I. Caramizi pline, presate pe cale umeda II. Caramizi cu goluri verticale III. Caramizi cu lamba si uluc IV. Caramizi radiale pentru cosuri industriale V. Caramizi pentru placari VI. Caramizi usoare termoizolante (blocurile ceramice) MATERIALE DE CONSTRUCȚII, CURS 2 MATERIALE CERAMICE I. Caramizi pline presate la ud Au forma paralelipipedica, fete plane si muchii drepte, cu suprafata plina sau cu goluri si dimensiunile 240 x 115 x 63 mm si 240 x 115 x 88 mm. Cand volumul de goluri reprezinta mai putin de 15% din volumul unei caramizi, acestea se includ in categoria caramizilor pline. Golurile create au rolul de a mari suprafata de uscare si de micsorare a greutatii produselor. Functie de densitatea aparenta, aceste produse se clasifica in: clasa C1 - foarte usoare 1000