Керамическая плитка. Состав, производство, основные характеристики. Особенности клинкерной плитки Что учитывается при выборе клинкера

Обжиг - завершающая технологическая операция производства клинкера. В процессе обжига из сырьевой смеси определенного химического состава получают клинкер, состоящий из четырех основных клинкерных минералов.
В состав клинкерных минералов входит каждый из исходных компонентов сырьевой смеси. Например, трехкальциевый силикат, основной клинкерный минерал, образуется из трех молекул СаО - окисла минерала известняка и одной молекулы SiО2 - окисла минерала глины. Аналогично получаются и другие три клинкерных минерала - двухкальциевый силикат, трехкальциевый алюминат и четырехкальциевый алюмоферрит. Таким образом, для образования клинкера минералы одного сырьевого компонента - известняка и минералы второго компонента - глины должны химически прореагировать между собой.
В обычных условиях компоненты сырьевой смеси - известняк, глина и др. инертны, т. е. они не вступают в реакцию один с другим. При нагревании они становятся активными и начинают взаимно проявлять реакционную способность. Объясняется это тем, что с повышением температуры энергия движущихся молекул твердых веществ становится столь значительной, что между ними возможен взаимный обмен молекулами и атомами с образованием нового соединения. Образование нового вещества в результате реакции двух или нескольких твердых веществ называют реакцией в твердых фазах.
Однако скорость химической реакции еще более возрастает, если часть материалов расплавляется, образуя жидкую фазу. Такое частичное плавление получило название спекания, а материал - спекшимся. Портландцементный клинкер обжигают до спекания. Спекание, т. е. образование жидкой фазы, необходимо для более полного химического усвоения окиси кальция СаО кремнеземом SiО2 и получения при этом трехкальциевого силиката.
Частичное плавление клинкерных сырьевых материалов начинается с температуры 1300° С. Для ускорения реакции образования трехкальциевого силиката температуру обжига клинкера увеличивают до 1450° С.
В качестве установок для получения клинкера могут быть использованы различные по своей конструкции и принципу действия тепловые агрегаты. Однако в основном для этой цели применяют вращающиеся печи, в них получают примерно 95% клинкера от общего выпуска, 3,5% клинкера получают в шахтных печах и оставшиеся 1,5% - в тепловых агрегатах других систем - спекательных решетках, реакторах для обжига клинкера во взвешенном состоянии или в кипящем слое. Вращающиеся печи являются основным тепловым агрегатом как при мокром, так и при сухом способах производства клинкера.
Обжигательным аппаратом вращающейся печи является барабан, футерованный внутри огнеупорными материалами. Барабан установлен с наклоном на роликовые опоры.
С поднятого конца в барабан поступает жидкий шлам или гранулы. В результате вращения барабана шлам перемещается к опущенному концу. Топливо подается в барабан и сгорает со стороны опущенного конца. Образующиеся при этом раскаленные дымовые газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу и нагревают его. Обожженный материал в виде клинкера выходит из барабана. В качестве топлива для вращающейся печи применяют угольную пыль, мазут или природный газ. Твердое и жидкое топливо подают в печь в распыленном состоянии. Воздух, необходимый для сгорания топлива, вводят в печь вместе с топливом, а также дополнительно подают из холодильника печи. В холодильнике он подогревается теплом раскаленного клинкера, охлаждая последний при этом. Воздух, который вводится в печь вместе с топливом, называется первичным, а получаемый из холодильника печи - вторичным.
Образовавшиеся при сгорании топлива раскаленные газы продвигаются навстречу обжигаемому материалу, нагревают его, а сами охлаждаются. В результате температура материалов в барабане по мере их движения все время возрастает, а температура газов - снижается.
Ломаный характер кривой температуры материала показывает, что при нагревании сырьевой смеси в ней происходят различные физико-химические процессы, в одних случаях тормозящие нагревание (пологие участки), а в других - способствующие резкому нагреванию (крутые участки). Сущность этих процессов состоит в следующем.
Сырьевой шлам, имеющий температуру окружающего воздуха, попадая в печь, подвергается резкому воздействию высокой температуры отходящих дымовых газов и нагревается. Температура отходящих газов при этом снижается примерно от 800-1000 до 160-250° С.
При нагревании шлам вначале разжижается, а затем загустевает и при потере значительного количества воды превращается в крупные комья, которые при дальнейшем нагревании превращаются в зерна - гранулы.
Процесс испарения из шлама механически примешанной к нему воды (сушка шлама) длится примерно до температуры 200° С, так как влага, содержащаяся в тонких порах и капиллярах материала, испаряется медленно.
По характеру процессов, протекающих в шламе при температурах до 200° С, эта зона печи называется зоной испарения.
По мере дальнейшего продвижения материал попадает в область более высоких температур и в сырьевой смеси начинают происходить химические процессы: при температуре свыше 200-300° С выгорают органические примеси и теряется вода, содержащаяся в минералах глины. Потеря минералами глины химически связанной воды (дегидратация) приводит к полной потере глиной ее связующих свойств и куски шлама рассыпаются в порошок. Этот процесс длится до температур примерно 600-700° С.
По существу процессов, протекающих в интервале температур от 200 до 700° С, эта зона печи носит название зоны подогрева.
В результате пребывания сырьевой смеси в области такой температуры образуется окись кальция, поэтому эта зона печи (до температуры 1200°) получила название зоны кальцинирования.
Температура материала в этой зоне возрастает сравнительно медленно. Это объясняется тем, что тепло дымовых газов расходуется в основном на разложение СаСО3: для разложения 1 кг СаСО3 на СаО и С02 требуется затратить 425 ккал тепла.
Появление в сырьевой смеси окиси кальция и наличие высокой температуры обусловливает начало химического взаимодействия находящихся в глине окислов кремния, алюминия и железа с окисью кальция. Это взаимодействие протекает между окислами в твердом состоянии (в твердых фазах).
Реакции в твердых фазах развиваются в области температур 1200-1300° С. Эти реакции экзотермичны, т. е. протекают с выделением тепла, почему эта зона печи получила название зоны экзотермических реакций.
Образование трехкальциевого силиката происходит уже на следующем участке печи в области наибольших температур, называемом зоной спекания.
В зоне спекания наиболее легкоплавкие минералы расплавляются. В образовавшейся жидкой фазе происходит частичное растворение 2CaO-Si02 и насыщение его известью до 3CaO-Si02.
Трехкальциевый силикат обладает значительно меньшей способностью растворяться в расплаве, чем двухкальциевый силикат. Поэтому, как только произошло его образование, расплав становится пересыщенным по отношению к этому минералу и трехкальциевый силикат выпадает из расплава в виде мельчайших твердых кристаллов, которые затем при данных условиях способны увеличиваться в размерах.
Растворение 2CaO-Si02 и поглощение им извести происходит не сразу во всей массе смеси, а отдельными ее порциями. Следовательно, для более полного усвоения извести двухкаль-циевым силикатом требуется выдерживать материалы некоторый период при температуре спекания (1300-1450°С). Чем продолжительнее будет эта выдержка, тем полнее произойдет связывание извести, а вместе с тем станут крупнее кристаллы 3CaO-Si02.
Однако долго выдерживать клинкер при температуре спекания или медленно охлаждать его не рекомендуется; портландцемент, в котором ЗСаО - Si02 имеет мелкокристаллическую структуру, обладает более высокой прочностью.
Продолжительность выдержки клинкера зависит от температуры: чем она выше в зоне спекания, тем быстрее образуется клинкер. Однако при чрезмерно высоком, а главное резком повышении температуры быстро образуется много расплава и обжигаемая смесь может начать комковаться. Образующиеся при этом крупные зерна труднее прогреваются и процесс перехода C2S в C3S нарушается. В результате клинкер будет плохо обожжен (в нем мало будет трехкальциевого силиката).
Чтобы ускорить процесс клинкерообразования, а также в тех случаях, когда нужно получить клинкер с высоким содержанием 3CaO-Si02, применяют некоторые вещества (фтористый кальций CaF2, окись железа и др.), обладающие способностью снижать температуру плавления сырьевой смеси. Более раннее образование жидкой фазы сдвигает процесс образования клинкера в область менее высоких температур.
В период спекания иногда вся известь смеси не успевает полностью усвоиться кремнеземом; процесс этого усвоения протекает все медленнее вследствие обеднения смеси известью и 2СаО Si02. В результате в клинкерах с высоким коэффициентом насыщения, для которых требуется максимальное усвоение извести в еиде ЗСаО Si02, всегда будет присутствовать свободная известь.
1-2% свободной извести не отражается на качестве портландцемента, но более ее высокое содержание вызывает неравномерность изменения объема портландцемента при твердении и поэтому недопустимо.
Клинкер из зоны спекания попадает в зону охлаждения (VI), где навстречу клинкеру движутся потоки холодного воздуха.
Из зоны охлаждения клинкер выходит с температурой 1000-1100° С и для окончательного охлаждения его направляют в холодильник печи.

Облицовка клинкерной плиткой - известный способ облагородить камин или печь. Такая плитка имеет множество фактур, цветов, оттенков. Особой популярностью пользуется плитка, имитирующая кирпич. Она отличается большой прочностью и сроком эксплуатации.

Не все виды клинкерной плитки подходят для облицовки камина. Выбирая конкретный материал, нужно учитывать ряд нюансов.

Что учитывается при выборе клинкера?

Основной фактор, на который обращает внимание большинство - это внешний вид. С точки зрения профессионала, этот фактор не является основным. В первую очередь нужно смотреть на коэффициент расширения. Для того чтобы плитка оставалась на месте на протяжении десятилетий нужно, чтобы при нагревании она расширялась подобно каминным стенкам.

Способ изготовления

Коэффициент расширения клинкера напрямую зависит от метода производства. Так, классическая плитка, используемая в облицовке фасадов, отличается высокой плотностью и водостойкостью. Эти качества делают ее идеальной для использования на морозе, однако исключают расширение при нагревании.

Плотная клинкерная плитка изготавливается с помощью способа экструзии. Вначале глиняная смесь проходит через специализированные формовочные сопла, после чего полученные полуфабрикаты подсушиваются и пропекаются под воздействием больших температур.

Еще один способ изготовления плитки - полусухая формовка. Глиняная паста спрессовывается в специальных формах, после чего пропекается при высокой температуре. Просушка при данном способе исключается. Полученная плитка более пористая, обладает меньшей морозостойкостью. Ее не рекомендуется использовать для облицовки фасадов, однако она идеально подходит для декоративной отделки каминов. Коэффициент расширения данной плитки схож с кирпичом.

Обратная сторона экструдированного и формованного клинкера различаются рельефом. На формованную клинкерную плитку нанесена рельефная сетка. На экструдированном клинкере легко различить небольшие продольные борозды.

Пример клинкерной плитки для каминов — .

Какой клинкер использовать для отделки печей и каминов?

Многие европейские фабрики изготавливают исключительно экструзивный клинкер. На некоторых заводах формовочный клинкер производится ручным способом. При его изготовлении используется стандартная полусухая формовка, благодаря чему он приобретает жаростойкие свойства. Благодаря формовке, проводимой вручную, каждая отдельная плитка приобретает свой неповторимый внешний вид и рельеф.

Клинкерная плитка используется исключительно для наружной отделки. Если необходимо обработать внутренность камина, для этого подходит шамотный кирпич или иной огнеупорный материал.

Если камин подразумевает качественную термоизоляцию и жар не проходит сквозь стенки, для декоративной отделки можно воспользоваться любой клинкерной плиткой.

Особенности отделки клинкером

Камин, облицованный клинкерной плиткой, будет слабее нагреваться и дольше остывать. Это происходит из-за особенностей материала: небольшая теплопроводность препятствует выходу тепла наружу, большая теплоемкость препятствует остыванию плитки после того, как камин затухнет.

Эта особенность важна при постоянном использовании камина. Если он служит для декоративных целей, это свойство не критично.

Обращайтесь к нам

Мы предлагаем различные виды клинкерной плитки для облицовки каминов и печей. У наших специалистов вы можете получить подробную консультацию по техническим характеристикам материала. Для получения консультации достаточно оставить нам свой телефонный номер, и вскоре вам перезвонят.

Каждый хозяин стремится использовать для строительства своего дома только натуральные материалы, отличающиеся экологической чистотой. Удовлетворяя спрос покупателей, современные производители предлагают застройщикам высокотехнологичные, проверенные веками стройматериалы, к числу которых относится и клинкер, применяемый европейскими зодчими уже почти 200 лет.

Где и когда появился клинкер

Впервые такой материал применили голландцы для возведения дорог. В данной стране очень скудные запасы камня. Это заставило голландцев искать технологию производства стройматериала, который по свойствам не уступал бы натуральному камню. Так появился клинкер – экологически чистый и по-настоящему уникальный материал.

Хотя со времен его изобретения прошло почти два столетия, открытая голландцами технология до сих пор используется в строительстве. А клинкер успешно применяется для внутренней и наружной отделки зданий различного назначения.

Как производится клинкерная плитка

Данный стройматериал изготавливается из слоистой глины, которой в Европе достаточно много. В старину для производства клинкера из нее формировали кирпичи, которые потом запекались при высокой температуре в специальных печах. В результате обжига материал приобретал уникальную прочность.

Современная технология производства клинкерной плитки тоже базируется на одинарной термической обработке глиняного сырья. Последнее получают в результате прессования или выдавливания (экструзии).

Сформированные заготовки помещают в тоннельную печь для обжига. В центре такой печи имеется источник открытого огня, который обеспечивает температуру порядка 1360 °С. Клинкерные заготовки обжигаются в течение 36-48 часов. Для сравнения – обычная керамическая плитка подвергается всего двухчасовой термической обработке.

Чтобы придать клинкеру особые свойства, заготовки медленно перемещаются к источнику тепла для постепенного нагревания. После прохождения температурного максимума продукция также медленно отодвигается, чтобы обеспечить плавное остывание.

Глина – материал очень пластичный, что позволяет изготавливать клинкерные изделия различных формы и назначений.

Какой бывает клинкерная плитка

Данный стройматериал может быть глазурованным и неглазурованным, с узором либо без него. По назначению различают клинкер для наружной и внутренней отделки. Также существуют технические аналоги, предназначенные для мощения дорог, обустройства полов и облицовки стен в общественных и промышленных зданиях.

При изготовлении клинкерной плитки используются новейшие технологии, которые позволяют выпускать неглазурованные и глазурованные изделия различных цветов без введения искусственных красителей. Причем такие стройматериалы не выгорают и способны долгие годы сохранять естественный тон глины. Готовые клинкерные изделия стойки к истиранию и имеют блестящую поверхность без пор.

Хотите строить на века? Используйте клинкер

Неглазурованные клинкерные изделия применяются для внешней отделки, облицовки бассейнов, при обустройстве площадок, тротуаров, лестниц, полов в зонах отдыха и др. Такой материал не образует высолов, не скользит, характеризуется низким влагопоглощением. Невосприимчивость к действию атмосферных факторов и морозостойкость позволяют использовать клинкерную плитку для оформления цоколей, фасадов и прочих подобных объектов.

Отделка здания данным стройматериалом не только придаст ему элегантный вид, но и позволит существенно сэкономить. В отличие от других разновидностей облицовки, клинкер длительное время не нуждается в ремонте.

На данный момент для внутренней отделки часто применяется мозаика, керамическая плитка и прочие современные материалы. Но они не сравнятся с клинкером ни по прочности, ни по декоративным свойствам. Именно клинкерные изделия позволяют реализовать самые креативные дизайнерские идеи по оформлению ванны, сауны, кухни и других помещений.

Клинкерная плитка – облицовочный материал, который уже давно активно используется в строительном деле. Ещё в начале XIX века материал использовался для прокладки дорог в Голландии, сразу же после чего его начали применять в России и Западной Европе.

Как утверждают историки, технология производства клинкерной плитки берёт своё начало ещё с XV века, когда люди заметили, что во время обжига глиняных брусков они приобретают совсем другие свойства (свойства керамогранита).

Печи, в которых производился обжиг, состояли только из одного входа и небольшого помещения. Внутрь него складывались глиняные бруски разных форм, после чего вход закладывался на несколько дней. Кирпич внутри под воздействием высокой температуры обретал нужные физические свойства.

Производят клинкерную плитку в основном из натурального материала – глины. В качестве разнообразия цветовой гаммы применяют естественные красители. Глина для обжига должна отличаться высоким уровнем тугоплавкости, и иметь минимальное количество разных примесей.

Сегодня залежи высококачественного клинкера, пригодного для изготовления клинкерного облицовочного материала, имеются в Польше, Германии, Испании, Голландии и др. странах.

Технология производства клинкерной плитки

В нынешнее время технология производства клинкерной плитки не имеет принципиальных отличий от технологии производства в средневековой Европе. Хотя специалисты в данной области выделяют 2 типа производства:

• экструдирование
• полусухое прессование

Клинкерная плитка проходит процесс обжига при высоких температурах. Если, к примеру, при обжиге обычных глиняных изделий материал поддаётся воздействию порядка 800-900 о С, то в клинкерных печах рабочая температура составляет 1100-1400 о С.

Благодаря такому температурному режиму материал изменяет своё физическое состояние, становясь более
прочным. При этом расход энергоносителей в 4 раза превышает потребность, нежели при обработке глиняных изделий обычным способом.

Экструдиционный метод производства подразумевает использование специального оборудования – экструдера. Устройство представлено в виде шнековой мясорубки, в которую подаётся влажная пластичная глина. После её измельчения выполняется формовка с помощью вакуумного пресса. Данная заготовка после просушки отправляется в печь для обжига. Клинкерный материал после экструдирования отличается высокой плотностью, прочностью, стойкостью к истиранию, механическим и химическим воздействиям.

Метод полусухого прессования также подразумевает процесс прессования на специальном оборудовании. Однако в отличие от экструдирования, исходные материалы помещаются в печь для обжига без предварительной сушки. В результате такого метода производства клинкерное изделие имеет небольшую плотность, в силу чего существенно ослабляет свою прочность.

Метод полусухого прессования нужен для того, чтобы получать клинкерные изделия с низкой теплопроводностью. А в некоторых случаях такие изделия ценятся намного больше, нежели, к примеру, стойкость к механическим или химическим воздействиям.

Оборудование для производства клинкерной плитки

Для производства качественной клинкерной продукции используется специальное оборудование. В процессе технологической обработки, глина проходит через экструдер, специальное устройство для прессования и создания необходимой формы (станки бывают ленточными, вакуумными, ротационными, рычажными), камеры предварительной сушки и печь для обжига.

Пресс-формы для формировки, в которые помещается влажная пластичная глина, имеют матричный слой, обеспечивающий максимально возможный уровень герметичности и теплоизоляции материалу на выходе.

Основным оборудованием для производства клинкерной плитки, естественно, считается печь обжига. Такое помещение представляет собой своеобразный тоннель порядка 150 м длиной. В нём имеются источники нагрева в виде подачи открытого огня.

В специальных вагонетках, которые перемещаются по печи с довольно низкой скоростью, подаются клинкерные элементы. Таким образом, происходит постепенное нагревание и обжиг глины. Такие печи работают в непрерывном режиме, что позволяет поддать обжигу большое количество изделий.

Производство клинкера не требует значительных энергозатрат. Высокая стоимость готового материала может быть оправдана лишь затратами на доставку материала (глины) из месторождений. Но цена с лихвой компенсируется за счёт эксплуатационных качеств материала. Именно этот показатель (цена-качество) делает применение клинкера очень популярным в самых разных направлениях строительной индустрии.

Технические и эксплуатационные характеристики клинкера

С помощью высокотемпературной обработки клинкерная плитка получает большинство своих положительных характеристик. Материал практически не имеет пор, поэтому не пропускает влагу и обеспечивает высокую гидроизоляцию помещению. В стенах не накапливается плесень и бактерии, поэтому срок эксплуатации таких стен намного больше обычных.

Клинкерная плитка невосприимчива к щелочам и кислотам, поэтому часто используется для облицовки жилых домов. Такой материал морозостоек, из-за чего его часто применяют при возведении фасадов зданий в регионах с пониженным температурным режимом (клинкер способен выдерживать до 50-80 морозных сезонов). В сравнении с обычной кирпичной кладкой, на которой уже после 1-2 зимних периодов выступают светлые следы, клинкерная плитка сохраняет свой первоначальный внешний вид долгое время.

Клинкер отличается целым рядом преимуществ:

• низкое поглощение влаги;
• экологичность;
• большое разнообразие цветов;
• высокая прочность и морозостойкость;
• неограниченный срок службы.

Данный облицовочный материал очень часто используют вместе с теплоизоляцией, получая идеальное покрытие для фасадов зданий. Такие панели называются термопанелями, и в настоящее время уже имеют большую популярность.

Экструдированный клинкер является одним из самых стойких материалов, которые когда-либо были сделаны.
Происходя из глины, смешанной с водой, он формируется, сушится и медленно обжигается – около 26 — 34 часов, при температуре доходящей до 1250 ° C. Этот процесс вызывает слияние полевого шпата, которые связывают зерна агрегатов, что приводит к достижению самого высокого уровня технических характеристик, наряду с уникальным природным обаянием.

С начала прошлого века и вплоть до 30-х годов в Нидерландах и на севере Германии Клинкер широко используется в качестве полнотелого кирпича, для мощения тротуаров и кладки несущих конструкций фасадов зданий. Его качество и надежность по-прежнему можно увидеть и сегодня на примере многих зданий в Северной Европе, которые прекрасно сохранились.

Начиная с 30-х годов, опорная функция клинкера в строительстве устаревает, из-за введения железобетона в производство несущих стен. Но в Германии вводится новая методика, которая дает клинкеру новые перспективы: формирование методом экструзии, то есть механическим выдавливанием глиняного теста, более легких кирпичей, вертикально соединенных два на два.

С тех пор использование экструдированного клинкера быстро распространилось по всему миру, и многие здания имеют большое историческое и художественное значение. Кстати, в Италии, свое первое использование клинкера было реализовано при строительстве Дворца искусств в Милане, по проекту архитектора Джованни Муцио.

Название «клинкер » происходит от голландских слов «Klinkaerd» и «Klinken», что означает лязгать.

Современные технологии процесса производства клинкера способствуют достижению высокого качества изделий. Рассмотрим некоторые из них.

ЭКСТРУЗИЯ.
Благодаря использованию инновационных систем, производители достигли высокого уровня характеристик однородности и пластичности глиняной массы, которые играют важную роль в получении наилучших результатов формирования изделий.

НАРЕЗКА.
В частности, использование новых штампов позволяет получить плитки совершенно прямые, которые больше не требуют традиционного «скашивания» ребер.

СУШКА.
Автоматическая, контролируемая компьютером и специально предназначена для клинкера, обрабатывается каждое изделие в течение всего этапа сушки, который очень деликатный и особенно важный для равномерной усадки плитки. Для сушки используется тепло от печи, что существенно экономит электроэнергию.

ОБЖИГ.
Печи строятся с использованием самых современных материалов и технологий, для того чтобы обеспечить близкое к нулю потерю тепла и очень высокое термическое единообразие.

ОТБОР.
Эта фаза также автоматическая, управляется электронными устройствами, чтобы гарантировать, что плитка и специальные изделия только самого высокого качества достигали клиентов.

Таким образом, экструдированный клинкер является современным высокотехнологичным отделочным материалом, одним из самых стойких, который используется для отделки балконов, террас, лестниц и фасадов зданий.