建筑材料3烧土制品及玻璃

建筑材料第三章烧土制品及玻璃烧土制品概述烧土制品是以粘土为主要原料，经成型、干燥、高温焙（bèi）烧而制得的产品。建筑工程中常用的墙体材料、屋面材料、装饰材料和卫生洁具等都离不开烧土制品，如烧结粘土砖和瓦、内墙面砖、外墙面砖、地砖、卫生陶瓷制品和耐火制品等。第一节烧土制品的原料及生产工艺简介•一、烧土制品原料•（一）粘土•1．粘土的组成•主要组成矿物为粘土矿物：层状结晶结构的含水铝硅酸盐（mSiO2·nAl2O3·xH2O），SiO2和Al2O3的含量分别为55%～65%和10%～15%。•常见的粘土矿物：高岭石、蒙脱石、水云母等。•粘土中除粘土矿物外，还含有石英、长石、碳酸盐、铁质矿物及有机质等杂质。•2．粘土的技术性能•（1）可塑性•粘土加入适量水调和后具有可塑性，能制成各种形状的坯体，而不发生裂纹。粘土可塑性的大小与其中的矿物成分、颗粒分散度、级配及水用量有关。当石英砂含量少，颗粒越细、级配好、吸附水多，则可塑性就好。•粘土的颗粒组成直接影响其可塑性。可塑性是粘土的重要特性，它决定了制品成型性能。粘土中含有粗细不同的颗粒，其中极细（小于0.005mm）的片状颗粒，使粘土获得极高的可塑性。这种颗粒称作粘土物质，含量愈多，可塑性愈高。•（2）收缩性•粘土在干燥和焙烧过程中，体积会发生收缩，干燥过程的收缩称气缩，是粘土中自由水分的蒸发，气缩值约为3％～12％。焙烧过程中，由于化合水的排除及易熔物质熔化并填充于颗粒空隙间，使粘土进一步收缩，称为烧缩，烧缩值约为1％～2％。粘土塑性越大，收缩也越大，会影响制品的几何尺寸。•（3）烧结性与可熔性•粘土坯体在焙烧过程中将发生一系列物理化学变化。加热至粘土中Al2O3、SiO2、CaO、MgO等重新化合，形成硅线石及易熔硅酸盐类，出现液相流入颗粒间的缝隙中，起粘结作用，增加了密实度，强度相应增大，这一过程称为烧结。•粘土在焙烧过程：•当温度升至450~850℃时，各种矿物的结晶水脱出；•温度升高至950~1050℃时。易熔物熔化，并流入未熔颗粒的间隙中，使孔隙率下降，坯体收缩而变得紧密，强度则随之提高，此时称为烧结。•当温度继续升高，则各矿物熔化，此时称为熔融。•3.粘土的种类：（通常按其杂质含量、耐火度及用途不同）（1）高岭土（瓷土）。杂质含量极少，为纯净粘土，不含氧化铁等染色杂质。焙烧后呈白色。耐火度高达1730℃～1770℃，多用于制造瓷器。（2）耐火粘土(火泥)。杂质含量小于10%，焙烧后呈淡黄至黄色。耐火度在1580℃以上，是生产耐火材料，内墙面砖及耐火、耐酸陶瓷制品的原料。（3）难熔粘土（陶土）。杂质含量为10%～15%，焙烧后呈淡灰，淡黄至红色，耐火度为1350℃～1580℃，是生产地砖、外墙面砖及精陶制品的原料。（4）易熔粘土（砖土、砂质粘土）。杂质含量高达25%。耐火度低于1350℃，是生产粘土砖瓦及粗陶制品的原料。当其在氧化气氛中焙烧时，因高价氧化铁的存在而呈红色。在还原气氛中焙烧时，因低价氧化铁的存在而呈青色。•4．粘土焙烧时的变化•粘土焙烧后能成为石质材料，这是其极为重要的特性。•（1）粘土成为石质材料的过程一般的物理化学变化大致如下：•焙烧初期，粘土中自由水分逐渐蒸发；•110℃时，自由水分完全排出，粘土失去可塑性。•500℃～700℃时，有机物烧尽，粘土矿物及其他矿物的结晶水脱出。随后粘土矿物发生分解。•1000℃以上时，已分解出的各种氧化物将重新结合生成硅酸盐矿物。与此同时，粘土中的易熔化合物开始形成熔融体（液相），一定数量的熔融体包裹未熔的颗粒，并填充颗粒之间的空隙，冷却后便转变为石质材料。随着熔融体数量的增加，焙烧粘土中的开口孔隙减少，吸水率降低，强度、耐水性及抗冻性等提高。•（2）粘土的烧结性•粘土在熔烧过程中变得密实，转变为具有一定强度的石质材料的性质，称为粘土的烧结性。•（二）工业废渣•1．页岩页岩中含有大量粘土矿物，可用来代替粘土生产烧土制品。•2．煤矸石•它是煤矿的废料。煤矸石的化学成分波动较大，适合作烧土制品的是热值相对较高的粘土质煤矸石。煤矸石中所含黄铁矿（FeS）为有害杂质，故其含硫量应限制在10%以下。•3．粉煤灰•用电厂排出的粉煤灰作烧土制品的原料，可部分代替粘土。通常为了改善粉煤灰的可塑性，需加入适量粘土。二、烧土制品生产工艺简介•烧结普通砖或空心砖的工艺流程为：坯料调制——成型——干燥——焙烧——制品。•烧结饰面烧土制品（饰面陶瓷）的工艺流程为：坯料调制——成型——干燥——上釉——焙烧——制品。粘土砖瓦•在墙体材料中，目前砖占主要地位，而在砖材料中，烧结粘土砖又是主要的。•古老的秦砖汉瓦至今还有一定的生命力，这主要是粘土原料来源广泛，生产工艺简单，其制品有一定的强度，耐久性、防火、隔热的特点，并价格低廉，应用灵活，具有一定的装饰性。具有2000年以上历史的墙体材料--砖土坯：公元前8000年粘土实心砖：公元前5000年左右(苏美尔人)中国实心砖：西周时期(公元前1060-771)空心砖：战国末年粘土瓦：公元前3000年，我国在西周时期战国、秦汉空心砖龙纹砖和凤纹砖咸阳出土的汉墓空心砖杭州的六合塔（砖木结构，唐代）用木材、汉白玉、琉璃瓦和青砖建造的故宫采用粘土瓦作外墙饰面的北欧住宅用青砖建造的清华学堂大连市艺术博物馆烧结砖烧结普通砖烧结空心砖烧结多孔砖多孔砖和空心砖•凡用粘土质原料经烧结而成的砖，又称烧结砖。用普通粘土为原料烧制成的砖，称普通粘土砖。•优点：–原料来源广；–生产方便；–价格便宜；–有一定的强度、耐久性；–绝热性能；–隔声性能；–防火性能；•缺点：–尺寸小；–烧制耗能大；–取土占用农田。•一、品种：•1）根据国家标准GB5101－2003《烧结普通砖》的规定，按原料不同分为：烧结普通粘土砖（N）；烧结粉煤灰砖（F）烧结煤矸石砖（M）；烧结页岩砖（Y）•2）按燃料方式：内燃砖和外燃砖内燃砖是将煤渣、粉煤灰等可燃性工业废料掺入制坯粘土原料中，当砖坯在窑内被烧制到一定温度后，坯体内的燃料燃烧而瓷结成砖。内燃砖比外燃砖节省了大量外投煤，节约原料粘土5％一10％，强度提高20％左右，砖的表观密度减小，隔音保温性能增强。1.烧结普通砖•3）按窑内焙烧气氛：•红砖（氧化）和青砖（还原）•普通粘土砖是在隧道窑或轮窑中焙烧的，燃料燃烧完全时窑内为氧化气氛，粘土中的二价铁化物FeO被氧化为高价的Fe2O3，呈淡红色。如在土窑焙烧的砖，当窑内烧至900℃以上，进行喷水闷窑，此时水和水蒸气隔绝了空气，煤炭在不完全燃烧时产生一氧化碳，形成为还原气氛时，将高价的Fe2O3还原成低价铁FeO，而呈青灰色。•青砖经过多次氧化还原反应，其内部结构比红砖紧密，耐久性比红砖好；强度较高，耐碱、耐久，但产量低，能耗大，所以价格比红砖高。•焙烧砖时火候要适当，以免出现欠火砖（色浅、声哑、强度低、耐久性差）及过火砖（色较深、音甚响、有弯曲变形）。还有可能出现酥砖、螺旋砖。以上均属不合格品。采土配料调制制坯干燥焙烧成品要进行阴干，否则易出现裂缝最为关键的步，焙烧的火候不同有三种成品欠火砖正火砖过火砖烧结普通砖的生产工艺过程二、烧结普通砖的主要技术性质•1）尺寸允许偏差•2）外观质量•3）强度等级•4）泛霜•5）石灰爆裂•6）抗风化能力1）尺寸允许偏差根据样本数为20块的砖试样的公称尺寸检验结果，分为优等品（A）、一等品（B）和及格品（C）3个质量等级，各质量等级的尺寸允许偏差应符合下表的规定。烧结普通砖尺寸允许偏差（㎜）优等品一等品合格品公称尺寸样本平均偏差样本极差≦样本平均偏差样本极差≦样本平均偏差样本极差≦240±2.08±2.58±3.08115±1.56±2.06±2.5753±1.54±1.65±2.06尺寸偏差砖的标准尺寸为240×115×53mm，1m3砖砌体需砖512块。特色：考虑砖之间10mm厚的砌筑灰缝，则4块砖长、8块砖宽、16块砖厚均为1m4*8*18=512实心或孔洞率不大于15%，标准尺寸为240×115×53㎜直角六面体块材2）外观质量烧结普通砖的优等品颜色应基本一致，一等品和合格品颜色无要求。其他外观质量应符合下表的规定。包括颜色、完整面、裂纹、缺棱掉角、杂质、弯曲、高度差等。注：①为装饰而施加的色差，凹凸纹、拉毛、压花等不算作缺陷。②凡有下列缺陷之一者，不得称为完整面。a)缺损在条面或顶面上造成的破坏面尺寸同时大于10mm×10mm。b)条面或顶面上裂纹宽度大于1mm，其长度超过30mm。c)压陷、粘底、焦花在条面或顶面上的凹陷或凸出超过2mm，区域尺寸同时大于10mm×10mm。3）强度等级根据样本数为10块的烧结普通砖试样的抗压强度试验结果，分为ＭＵ30、ＭＵ25、ＭＵ20、ＭＵ15、ＭＵ10五个强度等级，应符合下表的规定。烧结普通砖强度等级划分规定（MPa）变异系数δ≦0.21变异系数δ＞0.21强度等级抗压强度平均值f强度标准值fk≥单块最小抗压强度值fmin≥ＭＵ3030.022.025.0ＭＵ2525.018.022.0ＭＵ2020.014.016.0ＭＵ1515.010.012.0ＭＵ1010.06.57.5烧结普通砖强度试验按GB/T2542进行，抽取10块砖试样进行抗压强度试验，根据试验结果，按平均值一标准值方法（变异系数δ≦0.21时）或平均值一最小值方法（变异系数δ＞0.21时）评定砖的强度等级。强度变异系数（δ）按下式计算：fS式中δ——砖强度变异系数，精确至0.01MPa；S——10块试样抗压强度标准差，精确至0.01MPa。f一一10块试样的抗压强度平均值，精确至0.1MPa。标准差S按下式计算：101291iiffS）（式中fi——单块试样抗压强度测定值，精确至0.01MPa。样本量ｎ＝10时的强度标准值（fk）按下式计算：Sffk8.14）烧结砖的泛霜当生产烧结砖的原料中含有可溶性无机盐时，会隐含在成品烧结砖的内部，砖吸水后再次干燥时，水分会向外迁移，这些可溶性盐随水渗到砖的表面，水分蒸发后便留下白色粉末状的盐，形成白霜，这就是泛霜现象。泛霜严重时，由于大量盐类的溶出和结晶膨胀会造成砖砌体表面粉化及剥落，内部孔隙率增大，抗冻性显著下降。国家标准规定优等砖不得有泛霜现象，合格砖不得严重泛霜。泛霜5）烧结砖的石灰爆裂有时生产烧结砖的原料中夹有石灰石等杂物，经焙烧后砖内形成了颗粒状的石灰块等物质。处于干燥条件下时，这些杂质不会影响砖的性能，一旦吸水后，就会产生局部体积膨胀，导致砖体开裂甚至崩溃。石灰爆裂不仅造成砖体的外观缺陷和强度降低，还可能造成对砌体的严重危害。优等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于2mm的爆裂区域；一等品砖不允许出现最大破坏尺寸大于10mm的爆裂区域；合格品砖不允许出现最大破坏尺寸大于15mm的爆裂区域。6）欠火砖与过火砖烧结砖的形成是砖坯经高温焙烧，使部分物质熔融，冷凝后将未经熔融的颗粒粘结在一起成为整体。当焙烧温度不足时，熔融物太少，难以充满砖体内部，粘结不牢，这种砖称为欠火砖。欠火砖孔隙率大，强度低，抗冻性差，外观颜色较浅，为有缺陷砖。当焙烧温度过高时，砖内熔融物过多，造成高温下的砖体变软，此时砖在点支撑下易产生弯曲变形，这种砖为过火砖。它也属于有缺陷砖。欠火砖与过火砖均为不合格产品。7）烧结砖的抗风化性能•抗风化性能是烧结普通砖重要的耐久性之一。通常以抗冻性、吸水率及饱和系数等指标来判定砖的抗风化性能。国家标准（GB5101－2003）规定，根据工程所处的省区，对砖的抗风化性能（吸水率、饱和系数及抗冻性）提出不同要求。•将东北、西北及华北各省区划为严重风化区。•山东省、河南省及黄河以南地区划为非严重风化区。•东北、内蒙古及新疆地区（特别严重风化区）的砖，必须进行冻融试验。•其他省区的砖，按其抗风化性能以吸水率及饱和系数来评定。当符合下表的规定时，可不做冻融试验，评为抗风化性能合格，否则，必须进行上述冻融试验。三、烧结普通砖的特点及应用•优点：较高的强度和耐久性，保温绝热、隔音吸声。•缺点：毁田取土，能耗大，块体小，工效低，自重大，抗震