Строителната керамика: повече за тухлите и технологията им на производство

Керамичните материали намират своето широко приложение в строителството. До известна степен това се дължи не само на добрите характеристики на изделията от керамика, но и на лесния добив на основната суровина за производството им – глината. Комбинацията от високиякостни свойства, дълготрайност, добри топлоизолиращи качества и пожароустойчивост и не на последно място малката им себестойност ги прави предпочитани за изпълнението на ограждащи конструкции, за вътрешни и външни облицовки, както и за покривни и подови покрития.

Строителните материали от керамика представляват каменоподобни материали, чиято основна съставка е глината, но често при производството им се използват и добавки, които придават или подсилват някои качества на изделията, като например с помощта им се постига по-голяма якост, порестост или точно определен цвят на изделието. Получават се чрез формуване и изпичане при високи температури. Така наречената груба керамика обхваща производството на продукти за строителни цели, а към фината керамика спадат санитарно-техническите изделия. В настоящия материал ще насочим вниманието си към процеса на производство и разнообразието на стенните керамичните материали, използвани в строителство. В групата на строителните керамични материали също така покривните керемиди и капаци, и облицовъчните плочи. Добро приложение имат киселиноустойчивите тухли и плочи, огнеупорните изделия, дренажните и камениновите тръби. Не трябва да забравяме и различните топлоизолационни и санитарни керамични изделия.

От суровата глина до крайния продукт
Глината е главната суровина на керамичната промишленост. Основните минерали в състава й са от групата на каолинита, но може да се съдържат още: пясък, алуминиеви, силициеви и железни оксиди. Именно наличието на оксиди на желязото й придава характерния червеникав цвят на глината. Структурата и съставът й до голяма степен определят и поведението й като материал. Едно от важните свойства, което обуславя широкото й приложение като суровина за редица строителни материали, е пластичността. Във влажно състояние и под въздействието на външни товари тя се деформира и приема дадена форма, която се запазва и след премахването на външните въздействия. Това позволява да се формуват най-различни видове керамични изделия. Друго свойство, на което се обръща особено внимание при производството на строителна керамика, е съсъхването на глината. При изсушаването или изпичането на изделията размерите и обемът им се намаляват. Ето защо, за да се контролират тези процеси и да се избегнат други, се използват спомагателни вещества – добавки.

Добавките са съществена част от състава и спомагат за подобряването на качествата на керамичните материали. За разлика от разнообразието на керамични изделия, при добавките, които се използват в производството на строителните керамични изделия, няма много разновидности, но все пак различаваме три основни групи: опостнители, изгарящи добавки и топители. С помощта на опостнителите се редуцира съсъхването на глината и се повишават механичните й показатели, подобрява се мразоустойчивостта и огнеупорността. Най-често се използват кварцови пясъци, диатомити, трепели, дехидратирана глина, шамот. Изгарящите добавки, от своя страна, също служат като опостнители, но при изпичането на изделията изгарят и образуват равномерно разпределени пори в структурата им. По този начин се гарантират топлоизолационните качества на съответните продукти. Обикновено като такива добавки се използват дървени стърготини и въглища. Включването на топители има за цел да се понижи температурата на спичане на керамичните материали и се увеличи плътността им. Тук в употреба като добавки влизат фелдшпати, перлит, туфи, карбонати и др.

Нека обърнем внимание и на основните етапи, през които минава типовото производство на керамичните материали. То има следната последователност: добив и подготовка на суровината, формуване, изсушаване, изпичане и допълнителна обработка на изделията. Съвременното производство разполага с най-модерните производствени технологии и е съобразено с изискванията за опазване на околната среда. Ето пример как протича процесът на производство на керамичните тухли:

Добив на суровината. Глината се добива по открит метод от находището посредством многокофъчни или роторни багери, при което различните видове глина се напластяват в депо за определено време и се уплътняват добре. По този начин отделните слоеве от депонираната глина не само се овлажняват равномерно, но и при отлежаването им протичат редица физикохимични и биологични процеси, в резултат на което се подобряват технологичните и физико-механичните им свойства. Оттам материалът се загребва през цялото сечение посредством колесен товарач или многокофъчен багер и с помощта на транспортна лента се пренася до събирателния бункер, който служи като буфер и дозировъчен апарат. От бункера глината достига до машините за подготовка и обработка, които служат за раздробяване, смесване и смилане. След подготовката материалът може да се дообработва директно или да се остави за отлежаване и последваща подготовка в глинохранилището. По този начин производството не зависи пряко от климатичните условия на добив на суровината и запасите в глинохранилището захранват производството за достатъчно дълъг технологичен период.

Хомогенизиране, екструдиране и формуване. Естествената суровина – глината се приготвя, формува, пресова, изсушава и изпича. В зависимост от изискваните свойства на продукта преди екструдирането към керамичната маса се добавят порьозиращи вещества. След изгарянето си те осигуряват безброй малки топлоизолиращи пори. За порьозирането на керамиката се добавят дървени стърготини, експандиран полистирол, целулозна суспензия или други, които след изпичането образуват въздушни пори в керамичния череп и подобряват топлоизолационните свойства на керамичните тухли. За да може масата да добие необходимата пластичност, в кръглия ситов подавател или захранващия шнек се вкарва допълнително вода или пара. Формуването се извършва посредством шнекова вакуумпреса с мундщук и последваща режеща инсталация.

Изсушаване на блоковете. Мокрите керамични блокове се поставят върху палети и се зареждат в сушилнята. Най-често използваните сушилни са камерните, при които продукцията не се движи или тунелните сушилни (продукцията се движи през канали, в които е монтиран релсов път). Сушенето е посредством топъл въздух, като за целта се използва въздуха, излизащ от пещите.

Изпичане на тухлите. След изсушаването блоковете се поставят на вагонетки посредством машина за нареждане и се зареждат в пещта за изпичане. Там продукцията предварително се загрява, след това протича изпичането при температури между 900°C и 1200°C (при клинкерите) и накрая постепенно се охлажда. В повечето заводи днес се използват непрекъснато действащи тунелни пещи, при които поставените на пещни вагонетки тухли механично се избутват през тунелообразния пещен канал.

Повече за керамичните тухли
Керамичните тухли са най-древният строителен материал и многократно са се доказвали през дългогодишната си история. Стени, изградени от такива тухли, са запазили целостта си от най-древни времена до наши дни. Качествата, които и днес ги правят предпочитан материал за зидани конструкции, са много и различни. На първо място трябва да се отбележи голямата им носимоспособност и способността да я запазват такава в продължение на десетки, а при най-прецизно изпълнение, и стотици години. Устойчиви са както на високи, така и на много ниски температури. Имат висок клас мразоустойчивост, който при облицовъчните керамични тухли е даже по-голям. Устойчиви са на действието на пожар и са водонепропускливи. Освен това не бива да се пренебрегват шумоизолационните и топлоизолационните им качества. Коефициентът на топлопроводност на плътните тухли е около 0,6W/m.°C, а при тухлите с кухини достига и по-ниски стойности – до 0,33W/m.°C.

Керамичните тухли се предлагат в различни размери, но най-голяма популярност има единичната тухла 250/120/65mm, защото размерите й позволяват да се изграждат разнообразни зидове с дебелина половин, цяла или тухла и половина, в зависимост от необходимостта. Прилага се и за зидове “на ребро” с дебелина 6,5cm, които са отлично решение за защита на външна топлоизолация или подземна хидроизолация. Освен класическата единична тухла са силно разпространени и така наречените тухли-четворки – 250/250/120(140)mm, които създават възможности за по-бърз строеж и имат по-добри топлотехнически характеристики.

За създаване на устойчива монолитна структура отделните редове на тухления зид се правят с несъвпадение на вертикалните фуги – така наречената зидарска превръзка. В зависимост от дебелината на зида и други фактори, се използват двуредна (надлъжна или напречна) и многоредна система на превързване. Многоредните системи са приложими само при 25-сантиметрови стени. Най-разпространена от тях е блоковата превръзка, при която се редуват ред напречно поставени тухли с ред две надлъжно ориентирани. Многоредовите превръзки се отнасят основно за единичните тухли със стандартни размери 250/120/65mm. Но във всички случаи качественото изпълнение е от първостепенна важност. Неспазването на правилата за зидане може да доведе до трагични последици в случай на непредвидено натоварване. Основното, което трябва да се спазва при всички зидове, е хоризонталност на редовете тухли, цялостно запълване на фугите с разтвор и използване само на цели и здрави зидарийни тела.

Универсалността е друго важно качество на керамичните тухли: приложими са при изграждането на фундаменти, всички видове стени (носещи, самоносещи, неносещи; вътрешни и външни; прави и с чупки), огради, пещи, комини и други.