Цегла

Штабель цегли

Це́гла — штучний камінь форми паралелепіпеду, виготовлений з мінеральних матеріалів та підданий термічній обробці, що вживається як будівельний матеріал. Окрема одиниця цегли називається цегли́ною.

Зміст

1 Історія використання
2 Технологія виробництва
3 Види цегли

[ред.] Історія використання

У Біблії є згадка про цеглу як про будівельний матеріал. «І сказали один одному: наробимо цегли і обпалимо вогнем. І стала у них цегла замість каменів.» (Старий Заповіт, Буття 11-3).

Хоча аж до нашого часу в багатьох країнах широке розповсюдження мала неопалена цегла-сирець, часто з додаванням в глину різаної соломи, застосування в будівництві обпаленої цегли також сходить до глибокої старовини (споруди в Єгипті, 3-2-е тисячоліття до н. е.). Особливо важливу роль грала цегла в архітектурі Месопотамії і Стародавнього Риму, де з цеглини (45х30х10) викладали складні конструкції, зокрема арки, зведення тощо.

«Плінфа» — тонка і широка глиняна пластина — завтовшки приблизно 2,5 сантиметра. Виготовлялася в спеціальних дерев'яних формах. Плінфа сушилася 10-14 днів, потім обпалювалася в печі. На багато плінфах знаходять клейма, які вважаються клеймами замовника. Стандартна опалена цеглина — приблизно з XVI століття.

До XIX століття техніка виробництва цегли залишалася примітивною і трудомісткою. Формували цеглу вручну, сушили тільки влітку, обпалювали в тимчасових підлогових печах, викладених з висушеної цегли-сирцю. В середині XIX століття були побудовані кільцева обпалювальна піч і стрічковий прес, що зумовили переворот в техніці виробництва. В кінці XIX століття стали будувати сушарки. В цей же час з'явилися глинообробні машини бігуни, вальці, глином'ялки. У наш час більше 80 % всієї цегли проводять підприємства цілорічної дії, серед яких є крупні механізовані заводи, продуктивністю понад 200 млн. шт. на рік.

[ред.] Технологія виробництва

[ред.] Організація виробництва

Організація цегляного виробництва має створити умови для двох основних параметрів виробництва: забезпечувати постійний або середній склад глини і забезпечувати рівномірну роботу виробництва. Для виявлення дійсних причин великої кількості браку на виробництві проводиться аналіз відповідності організації виробництва цим вимогам.

Цегляне виробництво належить до тих видів людської діяльності, де результату добиваються тільки після тривалих експериментів з режимами сушки і випалення. Ця робота має проводиться при постійних основних параметрах виробництва. Неможливо зробити правильні виводи і відкоригувати роботу при недотриманні цього простого правила.

Неможливо випускати якісну продукцію при непостійному складі глини і продуктивності. Неможливо знайти причини браку зменшуючи переробку, не маючи можливості контролювати і регулювати режим сушарки, не дотримуючи режим випалення в печі. Як зрозуміти, де знаходиться джерело браку : глина, видобування, переробка, формування, сушка або випалення.

Найкраща глина – це глина постійного складу, яку з низькими витратами можуть забезпечити тільки багатоковшовий і роторний екскаватори. Цегляному виробництву потрібний постійний склад глини в тривалому проміжку часу для дослідного підбору режимів сушки і випалення. Немає простішого і кращого способу отримати продукцію відмінної якості.

[ред.] Глина

Якісна керамічна цегла виробляється з глини, здобутою дрібною фракцією з постійним складом мінералів. За постійного складу мінералів колір цегли при виробництві однаковий, що притаманне лицьової цеглі. Родовища з однорідним складом мінералів і багатометровим шаром глини, придатним для здобичі одноковшовим екскаватором, дуже рідкісні і майже всі розроблено.

Більшість родовищ містять багатошарову глину і кращими механізмами, здатними при здобичі робити глину середнього складу, вважаються багатоковшовий і роторний екскаватори. При роботі вони зрізають глину по висоті забою, подрібнюють її, і при змішуванні виходить середній склад. Інші типи екскаваторів не змішують глину, а здобувають її глибами. На Михайлівському ГЗКе колесо роторного екскаватора має діаметр 9,5 метрів!

Постійний або середній склад глини необхідний для підбору постійних режимів сушки і випалення. Не можна отримати якісну цеглу, якщо склад глини постійно міняється, адже для кожного складу потрібний свій режим сушки і випалення. При здобичі глини середнього складу, один раз підібрані режими дозволяють отримувати якісну цеглу з сушарки і печі роками.

Якісний і кількісний склад родовища з'ясовується в результаті розвідки родовища. Тільки розвідка з'ясовує мінеральний склад, тобто які суглинки пиловані, глини легкоплавкі, глини тугоплавкі тощо, містяться в родовищі. Кращими глинами для виробництва цегли вважаються ті глини, які не потребують домішок.

Для виробництва цегли завжди використовується глина непридатна для інших керамічних виробів. До ухвалення рішення про споруду заводу на основі родовища проводяться промислові випробування придатності глини для виробництва цегли. Випробування проводяться за спеціальною стандартною методикою, що полягає в підборі технології для переробки.

Випробування дають відповідь на декілька поставлених питань. Є в родовищі шар однорідної глини, придатний для промислової розробки? Якщо немає, то придатний середній склад глини для виробництва цегли? Якщо немає, то які домішки потрібні для отримання якісної цегли? Яка потрібна техніка для здобичі і устаткування для переробки?

[ред.] Сушарки камерні

Камерні сушарки завантажуються цеглою повністю і в них поступово змінюється температура і вологість за всім обсягом сушарки, відповідно до заданої кривої сушки виробів. Сушарки знаходять застосування для виробів електрокераміки, фарфору, фаянсу і при малих об'ємах виробництва. Дуже важко регулювати режим сушки.

[ред.] Сушарки тунельні

Тунельні сушарки завантажуються поступово і рівномірно. Вагонетки з цеглою просуваються через сушарку і проходять послідовно зони з різною температурою і вологістю. Тунельні сушарки добре працюють тільки з сировини середнього складу. Застосовуються при виробництві однотипних виробів будівельної кераміки. Дуже добре «тримають» режим сушки при постійному і рівномірному завантаженні цегли-сирцю.

[ред.] Процес сушки

Глина, з погляду сушки, це суміш мінералів, що складається за масою понад 50 % з частинок до 0,01 мм. До тонких глин відносяться частинки менше 0,2 мкм, до середніх 0,2-0,5 мкм і грубозернистим 0,5-2 мкм. У об'ємі цегли-сирцю є безліч капілярів складної конфігурації і різних розмірів, утворених глинистими частинками при формуванні.

Глини дають з водою масу, яка після висихання зберігає форму, а після випалення набуває властивостей каменю. Пластичність пояснюється проникненням води між площинами кристалічної решітки мінералів глини. Властивості глини з водою важливі при формуванні і сушці цеглини, а хімічний склад визначає властивості виробів під час випалення і після випалення.

Чутливість глини до сушки залежить від процентного співвідношенням "глинистих" і "піщаних" часток. Чим більше в глині "глинистих" частинок, тим важче видалити воду з цеглини-сирцю без утворення тріщин при сушці і тим більше міцність цеглини після випалення. Придатність глини для виробництва цегли визначається лабораторними випробуваннями.

Якщо на початку сушки в сирці утворюється багато пари води, то цей тиск може перевищити межу міцності сирцю і з'явиться тріщина. Тому температура в першій зоні сушарки має бути такою, щоб тиск пари води не руйнував сирець. У третій зоні сушарки міцність сирцю достатня для підвищення температури і збільшення швидкості сушки.

Режимні характеристики сушки виробів на заводах залежать від властивостей сировини і конфігурації виробів. Режими сушки, що існують на заводах, не можна розглядати як незмінні і оптимальні. Практика багатьох заводів показує, що тривалість сушки можна значно скорочувати, користуючись методами прискорення зовнішньої і внутрішньої дифузії вологи у виробах.

Крім того, не можна не враховувати властивості глиняної сировини конкретного родовища. Саме у цьому і полягає завдання заводських технологів. Потрібно підібрати таку продуктивність лінії формування цегли і режими роботи сушарки цегли, за яких забезпечується висока якість сирцю при максимально досяжній продуктивності цегляного заводу.

[ред.] Процес випалення

Глина з погляду випалення представляє суміш легкоплавких і тугоплавких мінералів. При випаленні легкоплавкі мінерали зв'язують і частково розчиняють тугоплавкі мінерали. Структура і міцність цеглини після випалення визначається процентним співвідношенням легкоплавких і тугоплавких мінералів, температурою і тривалістю випалення.

В процесі випалення керамічної цегли легкоплавкі мінерали утворюють склоподібну, а тугоплавкі кристалічну фази. З підвищенням температури все більш тугоплавкі мінерали переходять в розплав і зростає зміст стеклофази. Із збільшенням змісту стеклофази підвищується морозостійкість і знижується міцність керамічної цегли.

При збільшенні тривалості випалення зростає процес дифузії між склоподібною і кристалічною фазами. У місцях дифузії виникає велика механічна напруга, оскільки коефіцієнт термічного розширення тугоплавких мінералів більше коефіцієнта термічного розширення легкоплавких мінералів, що і призводить до різкого зниження міцності.

Після випалення при температурі 950 - 1050°С частка склоподібної фази в керамічній цеглі має складати не більше 8-10 %. В процесі випалення підбираються такі температурні режими випалення і тривалість випалення, щоб всі ці складні физико-хімічні процеси забезпечували максимальну міцність керамічної цегли.