WYKŁAD – CERAMIKA BUDOWLANA

Opracowała: dr inż. Teresa Rucińska

Ceramika budowlana, wyroby ceramiczne wykorzystywane w budownictwie, wypalane z mieszanki, której główny składnik stanowi glina. Rozróżnia się ceramikę budowlaną o czerepach porowatym (temperatura wypalania 800-900°C, porowatość 5-20%) i spieczonym (temperatura wypalania powyżej 1100°C, porowatość poniżej 5%). Ze względu na przeznaczenie ceramikę budowlaną dzieli się na konstrukcyjną (cegły, pustaki, dachówki, rury, kształtki kanalizacyjne itp.), wykończeniową i dekoracyjną (płytki ścienne i posadzkowe) oraz sanitarną (m.in. umywalki, miski ustępowe, pisuary).

W grupie ceramiki porowatej wyróżnia się tzw. ceramikę poryzowaną
Ten typ wyrobów ma właściwości mechaniczne porównywalne do tradycyjnej cegły, ale jednocześnie lepszą izolacyjność cieplną i akustyczną. Mankamentem jest jednak większa kruchość i nasiąkliwość. Przed włożeniem do pieca glinę ceramiczną miesza się z łatwopalnymi, ulegającymi samozapłonowi i utlenieniu składnikami (na przykład mączką drzewną, trocinami, granulkami polistyrenu) i wstępnie suszy. W wysokiej temperaturze materiał ulega spaleniu, a wydzielające się gazy poryzują ceramikę. W rezultacie otrzymuje się wyrób o bardzo dobrych właściwościach termoizolacyjnych. Przestrzeń, którą wypełniają mikropęcherzyki może zajmować nawet do 30% ogólnej objętości wyrobu. Poryzowana ceramika charakteryzuje się wysoką wytrzymałością mechaniczną na ściskanie (minimum 10 MPa) i względnie niską wagą a więc niską gęstością objętościową, przy tym materiał ten ma doskonałe własności dyfuzyjne, gwarantujące dobrą paroprzepuszczalność. Inne jego zalety to: trwałość i wytrzymałość, oszczędność w zużyciu zapraw i klejów na spojenia, doskonała izolacyjność cieplna i akustyczna, niepalność, duża wytrzymałość na ściskanie, odporność na działanie mrozu i deszczu, ekonomiczność, ekologiczność, jednorodność sposobu budowy od piwnicy aż po dach, nieskomplikowane prowadzenie prac murarskich, zachowujące estetykę montażu.

Surowce do wytwarzania wyrobów ceramicznych pochodzą z dwu zasadniczych grup:

1.     surowce plastyczne - różnego rodzaju gliny, iły, iłołupki, lessy, itp., skały osadowe;

2.     surowce nieplastyczne - inaczej schudzające, do których należą: piasek kwarcowy, mielony gruz ceglany, odpady paleniskowe oraz topniki tj. skaleń, pegmatyt, itp., zadaniem których jest obniżenie temperatury spiekania masy.

Podczas wypalania w surowcu zachodzą zmiany fizykochemiczne, w wyniku których powstaje tworzywo ceramiczne trwałe mechanicznie oraz odporne na działanie wody a także substancji chemicznych.

Charakterystyka surowców ceramicznych

Surowce plastyczne – są produktem wietrzenia skał; głównymi składnikami mineralnymi surowców plastycznych są minerały ilaste (nadające im właściwości plastyczne). Podział tych surowców dokonuje się stosując jako kryterium:

·         pochodzenie surowca – wyróżniamy tu kaoliny, iły, łupki ilaste, itp., surowce powstałe w różnych okresach geologicznych lub w odmiennych warunkach

·         skład chemiczny – pozwala wyróżnić surowce monomineralne i polimineralne.

Można także podzielić surowce uwzględniając właściwości fizyko-technologiczne, warunkujące zachowanie się surowców w obecności wody oraz w czasie wypalania. Tego rodzaju właściwości posiadają wpływ na przydatność ich do celów produkcyjnych.

Plastyczność glin – jest to zdolność wilgotnej gliny do zmiany kształtu pod działaniem siły zewnętrznej bez powstawania pęknięć

Skurcz suszenia i wypalania – uformowana wilgotna kształtka ceramiczna podczas suszenia a następnie wypalania zmniejsza swoje wymiary. Skurcz suszenia zachodzi w związku z odparowywaniem wody z wilgotnej gliny. Największy skurcz wykazują gliny bardzo plastyczne, do których dodaje się najwięcej wody zarobowej, aby uzyskać odpowiednią plastyczność. Skurcz suszenia w zależności od plastyczności glin wynosi od 5% do 12%. Skurcz ogniowy, który ma miejsce przy wypalaniu wyrobów a związany jest ze zbliżaniem do siebie cząstek surowca, wynosi 5% do 9%.

Temperatura topnienia – zależnie od temperatury topnienia gliny ceramiczne dzieli się na:

·         ogniotrwałe – o temp. topnienia powyżej 1850 K

·         trudno topliwe – o temp. topnienia 1620 – 1850 K

·         łatwo topliwe o temp. topnienia poniżej 1620 K

Ważną cechą charakteryzującą gliny, mającą istotne znaczenie technologiczne jest różnica pomiędzy temperaturą spiekania a temperaturą topnienia. Im szerszy jest ten przedział temperaturowy, tym łatwiejszy staje się proces wypalania wyrobów. Ze względów technologicznych przedział ten nie powinien być węższy niż 500C.

Składniki szkodliwe glin – w surowcach plastycznych mogą występować szkodliwe, niekorzystnie działające na jakość wyrobów składniki. Są to związki chemiczne, które w wyniku zachodzenia określonych przemian przyczyniają się do niszczenia wyrobów ceramicznych, pogorszenia wyglądu, itp. Najczęściej są to margle (CaCO3), siarczany rozpuszczalne w wodzie oraz siarczki.

1.     Margiel – to węglan wapniowy, który może występować w postaci mniej lub bardziej rozproszonych cząstek, ziarn i okruchów. Podczas wypalania przechodzi w CaO – tlenek wapniowy czyli wapno palone. Przy dostępie wody uwadnia się, przechodząc w wodorotlenek wapniowy Ca(OH)2 o zwiększonej objętości, powodując odpryski i inne podobne uszkodzenia. Działa szkodliwie jeżeli średnica ziarna przekracza 2 mm.

2.     Siarczany rozpuszczalne w wodzie – są to siarczany sodu Na2SO4 i magnezu MgSO4. Z uwagi na krystalizację z przyłączeniem wody zwiększają swoją objętość co wyzwala siły rozsadzające, niszczące wyroby.

3.     Siarczki – piryt – z uwagi na zawartość siarki stanowią źródło powstawania soli szkodliwych, rozpuszczalnych w wodzie

Właściwości elementów murowych ceramicznych zgodnie z PN-EN 771-1 Wymagania dotyczące elementów murowych. Część 1: Elementy murowe ceramiczne

Niniejsza norma dotyczy cegieł i pustaków, przeznaczonych do wykonywania murów, przenoszących obciążenia i nie przenoszących obciążeń, tynkowanych, łącznie z wewnętrznymi okładzinami i ścianami działowymi w budownictwie ogólnym, lądowym i wodnym.

Zgodnie z PN-EN 771-1 wyroby ceramiczne podzielono na dwie grupy:

1.     elementy LD – tj. elementy o gęstości brutto (objętościowej) w stanie suchym £ 1000 kg/m3, przeznaczone do stosowania w murach tynkowanych lub w inny sposób zabezpieczonych przed penetracją wody lub w murach wewnętrznych i warstwy wewnętrzne ścian

2.     elementy HD – a) wszystkie elementy przeznaczone do stosowania w murach niezabezpieczonych, b) elementy o gęstości brutto (objętościowej) w stanie suchym > 1000 kg/m3 przeznaczone do stosowania w murach zabezpieczonych.

Elementy murowe ceramiczne mogą być klasyfikowane zgodnie znormalizowanymi klasami wytrzymałości na ściskanie podanych w tabeli 1.

Tabela 1.

Norma dotyczy zarówno wyrobów prostopadłościennych, jak i o całkowicie nieprostokątnym i nierównoległościennym kształcie. Nie określa ona żadnych standardowych wymiarów elementów, ani tez kątów pochylenia powierzchni elementów kształtowanych specjalnie.

Norma PN-EN 771-1 nie dotyczy elementów ceramicznych drogowych (brukowych), elementów przewodów kominowych, elementów o wysokości kondygnacji, elementów z wbudowanym materiałem termoizolacyjnym oraz elementów ceramicznych do pokryć dachowych.

Wybrane terminy i definicje

·        wymienione poprzednio elementy  LD i HD

·        elementy murowe kategorii I - elementy o wytrzymałości na ściskanie deklarowanej z prawdopodobieństwem, że wystąpienie wytrzymałości mniejszej jest nie większe niż 5%

·        elementy murowe kategorii II – elementy, dla których nie przewiduje się poziomu ufności przewidzianego dla wyrobów kategorii I

·        mur zabezpieczony (przed penetracją wody lub wewnętrzny)

·        znormalizowana wytrzymałość na ściskanie – wytrzymałość przeliczona na wytrzymałość na ściskanie ekwiwalentnego elementu murowego o szerokości 100 mm i wysokości 100 mm

·        elementy murowe odporne na przenikanie wilgoci

·        elementy murowe narażone na działanie warunków surowych

·        elementy murowe narażone na działanie warunków umiarkowanych

·        elementy murowe narażone na działanie warunków obojętnych

·        drążenia pionowe, poziome – wszystkie otwory przelotowe, nie tylko przewidziane do zapełnienia zaprawą

·        wnęki, zagłębienia, wgłębienia

·        wymiary i powierzchnie

·        wymiar nominalny – wymiar elementu murowego określany w celu wytworzenia elementu, którego wymiar rzeczywisty zawiera się w granicach dopuszczalnych odchyłek wymiarów

·        wymiar koordynacyjny – wymiar wynikający z koordynacji wymiarowej, któremu odpowiada wymiar elementu murowego łącznie z naddatkami na spoiny (złącza) z uwzględnieniem odchyłek wymiarów

·        objętość brutto – ...