Obsah: Bc. Veronika Vondříčková Diplomová práce 2012

Transkript

1 Obsah: 1. Úvod 4 2. Teoretická část Pálené střešní tašky Teorie cihlářské výroby Suroviny pro výrobu střešních tašek Vytváření Sušení Výpal střešních tašek Technické požadavky na pálenou střešní tašku Konstrukční charakteristiky Geometrické charakteristiky Mechanické vlastnosti Prosákavost Mrazuvzdornost Požární bezpečnost Uvolňování nebezpečných látek Pórovitá struktura vypáleného střepu Výkvětotvornost Stanovení výskytu cicvárů Značení výrobků Doposud publikované zkušenosti s využitím kamenné prosívky v cihlářské výrobě Vliv ostřiv na vlastnosti a mikrostrukturu pálených cihel Využití odpadu při zpracování žuly na výrobu cihel a dlaždic Technologické vlastnosti slévárenských písků v pálených cihlách Recyklace vedlejších slévárenských produktů v cihlářství Cíl Metodika zkoušek Zkoušky vstupních surovin Sítový rozbor vstupních surovin Diferenční termická analýza Rentgenová difrakční analýza 35 1

2 Kontrakčně dilatační termická analýza (DKTA analýza) Zkoušky pro stanovení vlastností plastického těsta Plastičnost keramického těsta dle Pfefferkorna Skutečná vlhkost těsta w r Zkoušky na vysušených vzorcích Citlivost k sušení Délková změna sušením Zkoušky na vypáleném střepu Délková změna výpalem Ztráta hmotnosti pálením Vzlínavost Nasákavost za studena Nasákavost vakuovým způsobem Objemová hmotnost Zdánlivá pórovitost Zdánlivá hustota Přímá zkouška prosákavosti Pevnost v tahu za ohybu Přímá zkouška mrazuvzdornosti Deformace v ohybu během výpalu Optická mikroskopie Výpočet váhy kritérií metoda párového srovnání Experimentální část - I.ETAPA Vstupní suroviny Cihlářská zemina Přísady Vyrobené směsi Výroba zkušebních vzorků Příprava plastického těsta Vytváření a sušení Výpal vzorků Vyhodnocení výsledků Citlivost k sušení Délková změna a ztráta hmotnosti pálením 59 2

3 Barva střepu po výpalu Vzlínavost Vakuová nasákavost Objemová hmotnost Zdánlivá pórovitost Zdánlivá hustota Deformace v ohybu během výpalu Diskuze výsledků Experimentální část - II.ETAPA Vyrobené směsi Vyhodnocení výsledků Citlivost k sušení Délková změna a ztráta hmotnosti pálením Mrazuvzdornost Barva střepu po výpalu Vzlínavost Nasákavost Prosákavost Objemová hmotnost Zdánlivá pórovitost a zdánlivá hustota Deformace v ohybu během výpalu Kontrakčně dilatační termická analýza Pevnost v tahu za ohybu Výpočet váhy kritérií metoda párového srovnání Diskuze výsledků Závěr Přílohy Seznam použité literatury Seznam tabulek Seznam obrázků 92 3

4 1. Úvod Keramické výrobky z cihlářské hlíny se objevují v archeologických nálezech nejstarších kulturních vrstev (některé kultury byly pojmenovány právě podle keramických nálezů). Mezi přednosti keramických výrobků patří snadná dostupnost, recyklovatelnost surovin a tvarová různorodost. Charakteristickými vlastnostmi jsou například křehkost, vynikající odolnost proti vysokým teplotám a korozi, nízká elektrická a tepelná vodivost. Pálené střešní tašky se vyrábí výpalem cihlářských hlín na teplotu C. Současným nejčastěji používaným ostřivem ve výrobě střešních tašek je křemenný písek, který však vykazuje výrazné objemové změny během výpalu. Mou prací je posoudit využití kamenné prosívky, která může být pro cihlářskou výrobu výhodnějším ostřivem, neboť tyto výraznější změny nezpůsobuje. V experimentální části se pokusím najít vhodné složení směsi pro výrobu pálených střešních tašek. U keramického střepu budu provádět hlavně zkoušky na pórovitost, nasákavost, prosákavost, pevnost, objemové změny při výpalu a zkoušku mrazuvzdornosti. Surovinová směs použitá pro výrobu zkušebních vzorků je konkrétní směs používaná pro výrobu pálených střešních tašek TONDACH Česká republika s.r.o. cihelna Šlapanice. Příměsí kamenné prosívky budu ve zkušebních vzorcích postupně nahrazovat spraš, jež způsobuje ve střepu objemové změny pálením a sušením. Cílem práce je získat optimální poměr surovin za účelem dosažení co nejlepších vlastností pálených střešních tašek. 4

5 2. Teoretická část 2.1. Pálené střešní tašky Střešní konstrukce chrání objekt před vnějšími vlivy (klimatickými činiteli, spadem, exhalacemi, hlukem). Pálené tašky plní kromě ochranné funkce také funkci dekorativní. Pálená střešní krytina se skládá z menších střešních prvků střešních tašek vyskládaných do souvislé vrstvy. Střešní taška je tedy prvek skládané střešní krytiny. Pálené tašky se používají k pokrývání střech s dřevěnou konstrukcí krovu. Jsou vhodné pro sklony střešních plášťů nad 35 a pro nadmořskou výšku staveb do 400 m. Podle způsobu výroby se dělí na tažené, ražené a prejzy. Podle počtu drážek na čele a boku jsou jedno nebo více drážkové. Jejich lícní plocha je neupravená nebo opatřena glazurou či engobou. Doplňkem jsou speciální kusy, např. hřebenáče. I přesto, že střešní tašky, byť v primitivní podobě, známe již z pravěku, doložení data narození toho či onoho druhu není prakticky možné. První rovná střešní taška je známa z konce 1. stol. n. l. Byla opatřena otvorem pro upevnění na lať. Tašky s výstupkem pro zavěšení byly zaznamenány poprvé až na konci 11. století. Koncem 12. století se na střechách začaly objevovat tašky připomínající dnešní podobu bobrovky. V této době se také na gotických střechách začala objevovat krytina z glazovaných tašek kladených do kobercovitých ornamentů. Od roku 1840 bylo možno vyrábět tašky z jílu a hlíny pomocí ručního šnekového lisu a asi kolem roku 1870 lisovat strojově, přesto ruční výroba střešních tašek bobrovka skončila až na přelomu 19. a 20. století. Pálené střešní tašky si získaly oblibu z mnoha důvodů. Vynikají zejména trvanlivostí, kvalitou, dostupností a jednoduchostí pokládky. Mezi hlavní požadavky kladené na střešní krytiny patří únosnost, mrazuvzdornost a pravidelnost tvaru. Další nejčastěji zkoušené vlastnosti jsou nasákavost (a s ní související mrazuvzdornost), prosákavost a tvorba výkvětů. 5

6 a - Románská b - Francouzská c - Francouzská d - Univerzál e - Brněnka f - Varia g - Holland h - Bobrovka i - Prejz j - Portugal k - Jirčanka l - Falcovka m - Stodo n - Srdcovka o - Hřebenáč hladký p Hřebenáč drážkový Obr. č. 1: Základní typy pálených střešních tašek [1], [2], [3] 6

7 2.2. Teorie cihlářské výroby Suroviny pro výrobu střešních tašek Nejčastější dělení surovin je dle jejich chování po rozdělání s vodou. Jedná se o suroviny plastické a neplastické. Suroviny neplastické nemají plastické schopnosti a upravují chování směsi při vytváření, sušení a pálení. Dělíme je na ostřiva, taviva a lehčiva. Plastické suroviny jsou schopny po určitém přídavku vody (průměrně asi 20 % hm ) vytvořit těsto, které je možno snadno tvarovat bez porušení jeho celistvosti. Základní plastickou surovinou pro výrobu cihlářských výrobků jsou cihlářské zeminy (jíly a hlíny) s přísadami nejčastěji ostřiva (např. křemenný písek) a někdy také lehčiva (dřevěné piliny) Cihlářské zeminy Cihlářské zeminy musí být schopny vytvořit po úpravě a přidání určitého množství vody, případně dalších přísad, dostatečně tvárnou výrobní směs pro příslušný technologický postup. Pro cihlářské zeminy se předpokládá výroba z plastického těsta s vlhkostí zpravidla vyšší než 18 %. Cihlářské zeminy lze rozdělit na kvartérní (spraše a sprašové hlíny) a na terciérní nezpevněné (jíly, slíny) nebo zpevněné (jílovce, slínovce). Z jílových minerálů je typický především illit. Dále se v zemině vyskytuje křemen, živec, slída a také vápenec, který zabarvuje střep žlutě. Důležitý je obsah Fe 2 O 3, který zabarvuje střep po výpalu do červena. Významnou vlastností je granulometrie cihlářských zemin, která charakterizuje jejich technologické vlastnosti a předurčuje suroviny k jejich použití. Za škodlivé příměsi v cihlářských zeminách se považují především vápencová zrna (cicváry), která snižují pevnost výrobků a způsobují povrchové vady. Mezi další nežádoucí příměsi patří rozpustné sloučeniny (způsobující výkvěty) nebo hrubá zrna křemene, sádrovce či pyritu. Škodlivou látkou ve spalinách je fluor. 7

8 Přísady do cihlářských zemin Přísady jsou látky používané v určitém poměru s cílem úpravy vlastností cihlářských surovin. Přísady rozdělujeme podle účinku na plastické těsto nebo na konečné vlastnosti výrobku. Plastifikační přísady Plastifikační přísady zlepšují vaznost těsta. Nejčastěji používané přísady jsou létavý popílek a filtrační kaly (většinou znehodnocené bentonity). Ostřiva Ostřiva jsou přírodní nebo umělé látky, které jednak upravují vlastnosti plastického těsta (snižují citlivost k sušení, snižují smrštění sušením) a také omezují tvorbu textury při tažení na šnekovém lisu. V průběhu výpalu ovlivňují teploty slinutí a deformace, snižují smrštění pálením. Získáme hutný a pevný střep. Používá se přírodní písek a odpady, které současně působí i jako lehčiva (škvára, uhelný prach, briketová drť, odpady z výroby minerálních vláken, struska). [2], [3], [4], [6] 8

9 Bc. Veronika Vondříčková Diplomová práce Vytváření Pálenou krytinou se rozumí různé druhy tašek, které se vyrábí buď tažením na šnekových lisech (tažené střešní tašky) nebo ražením na revolverových lisech (ražené střešní tašky). V cihlářství se téměř výhradně využívá vytváření z plastického těstanejstaršího způsobu vytváření v keramice. Základním strojním zařízením je vakuový šnekový lis, na kterém se z plastického těsta tažením a následným nařezáním vytvoří tzv. plástve. Revolverovým lisem dojde k přelisování pláství, tím dostanou ražené tašky svůj finální tvar. Výrobní formy jsou sádrové, s gumovanou folií, nebo kovové. Na vysušené výlisky tašek lze nanášet stříkáním nebo clonou barevné engoby nebo glazury. Nanesené povlaky je nutno před vstupem do tunelové pece dosušit. Obr. č. 2: Odřezávání pásma strunovým odřezávačem Obr. č. 3: Výroba pálené tašky ražením na revolverovém lisu [2], [4], [6] 9

10 Sušení Významným technologickým úsekem v cihelnách, vzhledem k velkému objemu zpracovávané suroviny a vysoké vlhkosti výlisku, je sušení. Smrštění sušením cihlářských surovinových směsí (výlisků) dosahuje průměrně 4-6 %. Pro technologii sušení je velmi důležité stanovit citlivost k sušení příslušné výrobní směsi. Sušárny rozdělujeme na periodické (stabilní poloha výlisku po celou dobu sušení) a kontinuální (výlisky jsou v pohybu na dopravním prostředku). V současné době se pro sušení v cihlářství používají komorové nebo kanálové sušárny s dobou sušení hodin a spotřebou tepla kj/kg odpařené vody. Komorové sušárny Současným představitelem periodických sušáren jsou komorové sušárny, které využívají teplý vzduch přiváděný z chladnoucího pásma pece a ohřívaný parními radiátory v komorách. Sušící medium proudí v komorách pomocí ventilátorů horizontálně, vertikálně nebo reverzibilně. Doba sušení podle druhu výrobku je 2 4 dny při spotřebě tepla kj/kg H 2 O. Délka komor je do 5 m. Výhodou je snadná změna režimu sušení podle změny formátu a vlastností vysoušeného materiálu a nezávislost navážky a vyvážky komor. Nevýhodou je vyšší spotřeba tepla, vyšší náklady na obsluhu a větší obestavěný prostor. Obr. č. 4: Komorová sušárna se zavezenou částí výlisků 10

11 Kanálové sušárny Kontinuální kanálové sušárny využívají protisměrné proudění sušícího vzduchu a často jsou upraveny s příčným prouděním sušícího media vůči směru pohybu sušených výlisků. Používá se rytmické sušení pomocí aeromixerů. Využívá se teplý vzduch z chladnoucího pásma pece, který bývá někdy doplněn vnitřním přitápěním parními registry. Výhodou je krátká doba sušení 1-3 dny při nižší spotřebě tepla a jednoduchá obsluha. Jednovrstvé rychlosušárny Uplatňují se zejména v jemné keramice. Moderní sušící zařízení umožňující velmi rychlé vysušení výlisků. Vysušované výlisky se posouvají sušárnou v jedné vrstvě na dopravním zařízení, kde v jednotlivých úsecích proudí vzduch s vlastnostmi podle režimu sušení. Jsou vhodné pro výrobky s tloušťkou střepu do 6 mm. [2], [4], [6] 11

12 Výpal střešních tašek Syrový střep získává pálením nové strukturní uspořádání, které mu zaručuje technické a technologické vlastnosti potřebné pro jeho použití. Vypálený střep má proti nevypálenému vyšší pevnost, stabilní tvar, jinou barvu a je odolný proti působení povětrnosti i proti řadě agresivních látek Charakteristická údobí výpalu Jednotlivé etapy výpalu se velmi liší charakterem probíhajících změn, a proto rozdělujeme proces výpalu na: Údobí dosoušení Toto údobí je pokračováním sušení střepu, kdy se střep zbavuje zbytkové fyzikálně vázané vody. Konečná teplota údobí je 300 C. Údobí počátku reakcí v tuhém stavu V tomto údobí dochází k odstraňování chemicky vázané vody z jílových minerálů ( C), k reakcím v tuhém stavu ( C) a k rozkladu nejílových minerálů. Údobí zahrnuje také vyhořívání organických látek. Údobí zhutňování Údobí probíhá přibližně od teploty 800 C do 1200 C. Dochází ke smrš ťování střepu a je ukončeno teplotou zhutnění. Údobí slinování Fáze se vyznačuje značným zhutněním až slinutím střepu, smršťování se již zpomaluje. Slinutí je charakterizováno nasákavostí do 2 %. V tomto údobí roste podíl taveniny a střep získává termoplastické vlastnosti. Údobí chlazení Začíná snížením teploty výpalu. V prvních fázích, asi do 800 C (údobí pyroklastického střepu), nebývá střep citlivý na rychlý pokles teploty. Pod uvedenou teplotou nastává vlastní chlazení již podstatně pomaleji (významné jsou modifikační změny SiO 2 ). 12

13 Keramické pece Keramické pece slouží pro výpal keramických výrobků. Jsou uzpůsobeny tak, aby v nich bylo možné vyvinout potřebný žár po požadovanou dobu výpalu. Pecní prostor, kam se ukládá zboží určené k vypálení, se nazývá pecištěm (pecním kanálem). Peciště je ohraničeno pecním zdivem, které zadržuje potřebné teplo v pecišti a zároveň chrání výrobky před vnějšími vlivy. Vývoj keramických pecí směřuje od periodicky pracujících pecí ke kontinuálním pecím. Keramické pece se liší velikostí, koncepcí, způsobem vytápění, maximálními dosahovanými teplotami a dalšími kritérii, které spolu souvisejí. Tunelová pec Většina cihlářských výrobků se v dnešní době pálí v tunelových pecích. Principem tunelové pece je průjezd výrobků naložených na pecních vozících tunelem, kde jsou podle teplot a tahových poměrů nastavena pásma (předehřívací, pálící a chladící). Délka pece bývá až 200 metrů a doba výpalu je mezi 20 a 35 hodinami. Pecí projíždí několik desítek pecních vozíků. Tašky jsou uloženy v tzv. monokazetách pro jednu tašku v horizontální poloze, které jsou uzpůsobeny pro výpal engobovaných nebo glazovaných tašek. Pásmo předehřívací začíná vjezdem tunelových vozů v určených intervalech. Jeho úkolem je rovnoměrný ohřev skládky výsušků na tunelových vozech účelnou a nezávadnou rychlostí ohřevu. K zamezení vnikání falešného vzduchu, ke kterému dochází během vjezdu pecních vozíků, je vchod opatřen dvojími vraty. Žárové pásmo je úsekem, kde je dosaženo vypalovací teploty, která se udržuje potřebnou dobu ke snížení teplotního gradientu ve výrobku. Podmínkou dosažení potřebné vypalovací teploty je teplota plamene, která je vždy vyšší než vypalovací teplota. Chladnoucí pásmo pece má za úkol ochlazování vypálených výrobků na teplotu okolního prostředí bez jakéhokoliv poškození výrobku. Z tohoto pásma se získává teplo pro sušení a teplý spalovací vzduch do žárového pásma. 13

14 Obr. č. 5: Vozy tunelových pecí [2], [4], [6], [15] 14

15 2.3. Technické požadavky na pálenou střešní tašku Evropská norma EN 1304 Pálené střešní tašky a tvarovky Definice a specifikace výrobku stanovuje požadavky na pálené střešní tašky, které vyhovují této normě a jsou vhodné pro střešní pláště šikmých střech a tvarovky pro vnější i vnitřní obklady stěn. Touto normou jsou stanoveny nejmenší požadavky na výrobek. Pokud jsou splněny v době dodání, je zaručeno, že je výrobek schopný plnit svou funkci i v případě změn, kterým je každý stavební materiál vystaven při běžném používání Konstrukční charakteristiky Výrobky nesmí vykazovat žádné výrobní vady zhoršující správné vzájemné spojení výrobků a ani další vady struktury (lom, prasklina, odpadnutí závěsného ozubu). U hodnocení konstrukčních charakteristik se výrobky prohlédnou pouhým okem ze vzdálenosti 30 až 40 cm při běžném osvětlení. Tašky a tvarovky mohou být opatřeny závěsnými ozuby nebo připevňovacími otvory, lze ale použít i jiný způsob připevnění Geometrické charakteristiky Vzhledem ke skladebnosti prvků ve stavební konstrukci jsou stanoveny podle kategorie přesnosti výrobku a jeho typu tolerance rozměrů (rozdíl mezi maximálním a minimálním rozměrem). Zjišťuje se vizuálně vnější vzhled, tvar, začouzení, trhlinky, množství zlomků, poškození ploch, hran a rohů. Měří se jmenovité rozměry (vždy tři stanovené na jednom vzorku a vypočítá se průměr), kolmost hran, rovinnost čel, hran a ploch, nepřesnosti dosedu, prohnutí, zploštění. Průměrná délka a šířka stanovená podle EN 1024 se může lišit od hodnot deklarovaných výrobcem nejvýše o ±2 %. U tašky se měří prohnutí. Taška nebo tvarovka s celkovou délkou do 300 mm má mezní hodnotu prohnutí v příčném i podélném směru do 1,5 %. Střešní taška nebo tvarovka délky nad 300 mm má mezní hodnotu do 2,0 %. 15

16 Mechanické vlastnosti Mechanické vlastnosti cihlářských výrobků zahrnují zkoušky pevnosti v tlaku, v tahu za ohybu a únosnosti. Norma ČSN 1304 udává únosnost jednotlivých druhů střešních krytin. Tato únosnost je závislá na druhu materiálu, na předpokládaném zatížení při využití (vítr, sníh) a na zatížení při montáži střechy (manipulační nahodilé zatížení). Pálené tašky se pokládají za vyhovující, pokud se při zatížení podle ČSN EN neporuší vlivem zkušební síly 600 N pro ploché tašky, 900 N pro ploché drážkové tašky, 1000 N pro prejzovou krytinu a 1200 N pro ostatní druhy tašek Prosákavost Prosákavost udává odolnost keramického střepu proti pronikání vody, které je způsobeno pórovitou strukturou a tloušťkou materiálu. Prosákavost lze zkoušet dle EN dvěmi metodami. Pálené tašky a tvarovky se zařadí do jedné ze dvou kategorií prosákavosti, které jsou uvedené v sestupném pořadí. Tašky a tvarovky pro střechy zařazené do kategorie 2 se musí používat pouze s pojistnou hydroizolací. Výrobce musí uvést, kterou metodu používá ke zkoušení a výsledky musí být vyhodnoceny s ohledem na použitou metodu. U první metody se měří množství vody, které prosákne 1 cm 2 plochy za 48 hodin při konstantním zatížení 10 cm vysokým sloupcem vody. Poté se stanoví faktor prosákavosti IF. Druhá metoda je založena na odkápnutí první kapky z rubu tašky, přičemž na líc tašky působí vodní sloupec o výšce hladiny nejméně 60±5 mm a na nejvyšší bod vlny tašky minimálně 10±5 mm. Pod vzorky se umístí zrcadlo nebo měřící časové zařízení. Doba odkápnutí první kapky se zapisuje s přesností ±15 minut. Poté se vypočítá koeficient prosákavosti IC. Výrobce uvádí použitou metodu a poté zhodnotí kvalitu výrobku. 16

17 Mrazuvzdornost Přímé metody stanovení mrazuvzdornosti cihlářských střepů jsou založeny na principu opakovaného cyklu zmrazení a rozmrazení vzorku a následném hodnocením změn zkoumaného vzorku. Zkušební vzorky musí vyhovět zkušební metodě dle EN 539-2, která platí v zemi, kde se střešní tašky používají. Pro Českou republiku platí, že musí vyhovět 150 zmrazovacím a rozmrazovacím cyklům. Po provedené zkoušce se následně vyhodnocuje vzhled tašky, na které se nesmí objevit prasklina, lom nebo lístkování. Nevýhodou přímé metody je její časová náročnost. Přímé metody jsou jedinou jednoznačnou zkouškou potvrzující mrazuvzdornost střepu. Nepřímé metody se užívají k předběžnému zjištění mrazuvzdornosti a opírají se o vyhodnocení souboru ukazatelů, které ovlivňují chování výrobku za působení mrazu. Dělí se do dvou skupin. První je hodnocení podle nasákavosti střepu s klesající nasákavostí roste předpoklad vyšší mrazuvzdornosti střepu. Druhé je hodnocení podle velikosti pórů. Znalost rozdělení pórů ve střepu je základem nepřímých metod. Nepřímé metody nejsou však vždy přesné a vypovídající. Obr. č. 6: Ukázka defektu vytvořeného během normované zkoušky mrazuvzdornosti 17

18 Požární bezpečnost Výrobky podle normy EN 1304 vyhovují požadavkům na chování při vnějším požáru bez nutnosti zkoušení (pro všechny zkušební metody), pokud vyhovují ustanovení rozhodnutí Komise 96/603/ES a pokud veškeré vnější povrchové úpravy jsou anorganické. Výrobky, které nevyhovují těmto požadavkům, se zkoušejí a klasifikují podle EN metodou platnou v zemi použití výrobků. Podle rozhodnutí Komise 96/603/ES jsou tašky a tvarovky zařazené do třídy reakce na oheň A1 bez nutnosti zkoušení za předpokladu, že pro tašky a tvarovky vyráběné slepením z jedné nebo více vypálených částí je podíl organické hmoty v zatvrdlém lepidle menší nebo roven 0,1 % objemově nebo hmotnostně (podle toho, která hodnota je menší) a pokud obsah rovnoměrně rozložené organické hmoty (mimo lepidlo) je menší nebo roven 0,1 % objemově nebo hmotnostně (podle toho, která hodnota je menší). Výrobky, které nevyhovují těmto požadavkům, se zkoušejí a klasifikují podle EN Uvolňování nebezpečných látek Na pálené střešní tašky se mohou kromě jakýchkoliv jejich specifických ustanovení týkajících se nebezpečných látek vztahovat další požadavky. Aby byla splněna ustanovení směrnice EU o stavebních výrobcích, je rovněž třeba dodržet dané požadavky, kdykoliv a kdekoliv se uplatní. V České republice se jedná například o splnění vyhlášky o radiační ochraně č. 307/2002 Sb., kde v příloze č. 10 jsou dané požadavky na maximální obsah přírodních radionuklidů pro stavby s obytnými nebo s pobytovými místnostmi. Mezní hodnota hmotnostní aktivity 226 Ra nesmí být větší než 150 Bq/kg a zároveň směrná hodnota indexu hmotnostní aktivity I (40 K, 226 Ra, 228 Th) nesmí překročit hodnotu 0,5. 18

19 Pórovitá struktura vypáleného střepu Typickým znakem mikrostruktury keramického střepu je přítomnost pórů. Póry, jejich množství a velikost, představují důležitý znak mikrostruktury, protože zásadně ovlivňují fyzikálně mechanické vlastnosti (pevnost, tepelnou vodivost, nasákavost a s ní související mrazuvzdornost). Pokud chceme, aby byla pálená střešní taška mrazuvzdorná, je důležité snížení objemu pórů a naopak zvýšení střední hodnoty poloměru pórů. Kromě velikosti pórů hraje důležitou úlohu i jejich tvar. Mohou se také spojovat v kapiláry, které jsou průchodné pro plyny a kapaliny. I vysoce nasákavé střepy mohou být při vhodném rozložení a velikosti pórů mrazuvzdorné. Každý mrazuvzdorný pórovitý keramický střep má široké spektrum různě velkých pórů. Nejdříve se tvoří led v kapilárách o průměru řádově nad 1 µm. V pórech menších, o průměru asi 0,01 µm, voda zamrzá při teplotách asi -20 C. Zda má keramický výrobek vhodné rozložení velikosti pórů lze velmi jednoduše a přibližně posoudit např. na základě tzv. koeficientu nasycení střepu (KNS). Tento koeficient udává poměr hodnot nasákavosti za atmosférického tlaku (někdy se označuje jako nasákavost za studena vzorek se umístí do studené vody a takto se ponechá 48 hodin) a nasákavosti varem (vzorek se vaří 2 hodiny ve vodě). Je-li hodnota koeficientu nasycení střepu do 0,85, lze považovat střep za mrazuvzdorný. Nižší hodnota KNS znamená větší procento nezaplněných otevřených pórů, ve kterých se může rozpínat zmrzlá voda. Existují i složitější metody, jak nepřímo posoudit mrazuvzdornost keramiky na základě stanovení rozdělení velikosti pórů. K těmto metodám patří např. metoda vysokotlaké rtuťové porozimetrie. Obr. č. 7: Teploty zamrzání vody v pórech o různém průměru 19

20 Výkvětotvornost Skvrny neboli výkvěty na plochách z pálených cihlářských výrobků patří k častým problémům. Výkvěty jsou způsobeny usazováním rozpustných solí po odpaření vlhkosti. Mohou se po čase objevit na povrchu výrobků zejména s vyšší pórovitostí. Předpokladem vzniku výkvětů je přítomnost rozpustných solí (nejčastěji sírany a uhličitany vápenaté, sodné a draselné), přítomnost vlhkosti a pórovité prostředí dovolující rozpouštění solí a jejich transport k povrchu prvku. Po odpaření vody zůstávají viditelné krystaly výkvěty. Rozlišujeme dva druhy výkvětů primární a sekundární. Primární výkvěty jsou vlastnosti výrobku, pokud obsahuje rozpustné soli, které při výpalu nevytvořili taveninu. Jejich vyloučení je nutné již v technologii výroby. Sekundární výkvěty vznikají ve zdivu, pokud malta obsahuje rozpustný Ca(OH) 2, který je v roztoku nasáván do pórů cihel a na povrchu po odpaření vody reaguje s vzdušným CO 2 za vzniku krystalů CaCO 3. Bílé výkvěty jsou nejčastěji tvořeny sírany a uhličitany alkalických kovů. Tvoří silné povlaky bílé až šedobílé barvy, v krajním případě mohou porušit povrch cihel (vykrystalizují v soli s několika molekulami vody). Barevné výkvěty způsobují soli obsahující Fe, Mn, Va, které zabarvují povrch zdiva žlutě, hnědě, zeleně. Na rozdíl od bílých výkvětů se nedají mechanicky odstranit. Výkvěty vzniklé na čerstvě vypálených cihlách se nazývají sušárenské a nejsou škodlivé. Deštěm vyplavený vápenný hydrát z malty tvoří bílé pásy kolmo k maltové spáře. Původ rozpustných solí je rozdílný a vždy posuzujeme nejen vlastní cihlářský výrobek, ale také maltu a působení okolí na zdivo. Vzniku primárních výkvětů lze předejít několika způsoby - prodloužit dobu izotermické výdrže na maximální teplotě výpalu, provádět výpal při co nejvyšší teplotě, příměs taviv, užití BaCO 3 nebo BaCl 2, popřípadě se vyhnout surovinám a přísadám, které obsahují pyrit nebo markazit. Důležité je odstranění síry. Jako ochranný prostředek proti vytvoření výkvětů se dále doporučuje opatřovat střep povrchovou úpravou nebo hlazením povrchu polovysušeného výlisku (uhlazením se ucpou póry a případně se i zabrání mikroskopickým trhlinkám a tím se zvýší nepropustnost a mrazuvzdornost). 20

21 Obr. č. 8: Výkvěty na cihelných vzorcích Odstranění výkvětů je možné okartáčováním nebo opršením. Déšť je slabá kyselina a dokáže jemné výkvěty za pár měsíců očistit. Omytí 10 % roztokem kyseliny oxalové odstraňuje zvláště Va a Fe výkvěty. Jako impregnační nátěr slouží silikonové nebo silanové nátěry. Doporučuje se také nátěr fluorokřemičitanem olovnatým. Každý cihlový střep je porézní přírodní materiál a výkvět se z jakéhokoliv důvodu může objevit i na něm. I v cihlové surovině se můžou objevit drobná ložiska přírodního vápna a výkvět je na světě Stanovení výskytu cicvárů Cicvár (zrna vápenatých sloučenin) se považuje za škodlivý, když výrazně změní vzhled výrobku, sníží jeho pevnost nebo únosnost o více než 20 % a nebo pokud je prosákavost tašky nevyhovující. Vzorky se ihned po výpalu vloží na rošt do nádoby, voda pod roštem se za hodinu uvede do varu, který se udržuje 1 hodinu. Vzorky se ponechají v nádobě další 4 hodiny, potom se vyjmou a prohlédnou. Pokud je patrné poškození stanoví se pevnost Značení výrobků Nejméně 50 % všech dodaných druhů tašek a nejméně 10 % dodaných tvarovek musí být trvale a čitelně označeno (kódem nebo plným textem) pro identifikaci výrobce a výrobny, druhu výrobku (nepovinné), země původu, roku a měsíce výroby. K zásilce tašek nebo tvarovek musí být přiloženy dokumenty, které budou odkazovat na normu EN 1304 a musí specifikovat kategorii nepropustnosti 1 nebo 2 spolu s použitou zkušební metodou podle EN a metodu zkoušky mrazuvzdornosti, které výrobek vyhovuje. [4], [5], [6], [7], [8], [9], [15] 21

22 2.4. Doposud publikované zkušenosti s využitím ostřiv v cihlářské výrobě Vliv ostřiv na vlastnosti a mikrostrukturu pálených cihel Tento článek pojednává o drceném odpadu pálených cihel použitých jako ostřiv v keramickém těstě spolu s plastickými surovinami na výrobu pálených cihel. Byl zde posuzován vliv ostřiv (až 20 % hm ) na vytváření, vlastnosti a mikrostrukturu cihel vypálených na 700 C. Průmyslová výroba zahrnuje využití cihlářských zemin, které se skládají ze surovin plastických a neplastických. Křemen, slída, živec, hydroxidy a další jsou přítomny v každé přírodní plastické surovině. Do plastických surovin je nutné přidat i jiné než plastické přísady ke zlepšení výrobních vlastností. V případě vysoce plastických jílů zlepšují ostřiva některé vlastnosti výsledných produktů. Jako ostřivo byly použity odpady z cihel vypálených na teplotu 600 C a následně rozdrceny v čelisťovém drtiči na velikost 20 ok (840 lm). Ostřivo v množství 5, 10, 15 a 20 % hm bylo mícháno s plastickými surovinami v suchém stavu. Plastické suroviny byly složeny ze dvou místních jílů. V jílech se nacházely minerální fáze - křemen, slída muskovit, sádrovec a goethitu. Válcové zkušební vzorky s průměrem 31 a 11 mm se připravily jednoosým lisováním tlakem 20 MPa s vlhkostí 8 % hm. Vzorky se vysušily při 110 C do konstantní hmotnosti a poté byly vypáleny v laboratorních elektrických pecích při 700 C tak, aby byl průběh výpalu co nejvíce podobný výpalu v cihelně. Lze tedy lépe porovnat vlastnosti vzorků s průmyslovými výrobky. Provedeny byly zkoušky lineárního smrštění, nasákavosti varem a mechanické pevnosti. Mikrostruktura lomové plochy vybraného vypáleného vzorku byla zkoumána pomocí skenovací elektronové mikroskopie SEM a pórovitost vniknutím rtuti do pórů vzorku. Dle rentgenové difrakční analýzy převládají vrcholy křemene, zatímco sekundární vrcholy identifikují krystalické minerální fáze muskovitu a kaolinitu. Přítomnost kaolinitu je důsledkem relativně nízké vypalovací teploty použité pro výrobu cihel. Na základě diferenciální termické analýzy (DTA) a termogravimetrické analýzy (TG) byly na DTA / TG křivce ostřiva identifikovány tři endotermické a jeden 22

23 exotermický vrchol. První endotermický vrchol je způsoben hygroskopickou vodou a je spojen se smrštěním 0,91 %. Druhý vrchol vznikl vzhledem k dehydroxylaci zbývajícího kaolinitu s váhovým úbytkem 0,70 %. Třetí a poslední endotermický vrchol je spojen s transformací alotropického α-křemene na β-křemen bez úbytku hmotnosti. Exotermický vrchol je způsoben rozkladem metakaolinitu tvořícího další fáze. Chemické složení ostřiva ukazuje typické hodnoty kaolinových surovin s vysokým množstvím oxidu hlinitého a nízkým obsahem alkalických oxidů. Velké množství hematitu způsobuje načervenalou barvu vypálených cihel. Převládající velikost částic ostřiva je v rozsahu lm. V případě tohoto ostřiva je možné, že každá částice v tomto rozsahu se ve skutečnosti skládá z kamenných částic roztavených při procesu slinování. Přírodní směs jílovitých surovin a ostřiv získaných z výroby je vhodná pro tvarování cihel. Přidání 20 % hm ostřiva snižuje plasticitu při zachování funkčnosti v rámci řádného vytlačování ze šnekového lisu. Větší množství ostřiva ovlivňuje zpracovatelnost směsi s ohledem na způsob vytváření. Přidáním 5 % hm ostřiva se nezmění objemová hmotnost keramického střepu. Pevnost v tahu za ohybu výsušku se nemění až do 10 % hm ostřiv. Naproti tomu přidání 20 % hm ostřiva snižuje pevnost střepu na více než čtvrtinu. Tento výsledek lze přičíst vyšší pórovitosti. Ostřiva mírně zvyšují nasákavost střepu. Pevnost v tahu za ohybu se nejprve zvyšuje do příměsi 5 % ostřiva, ale pak se rapidně snižuje. Také se ukazuje, že přidáním 20 % hm ostřiva se zvýší otevřená pórovitost střepu. Podle výsledků zkoušek bylo zjištěno, že přídavek ostřiva do 5 % hm nemá vliv na zpracování nebo kvalitu výsledné keramiky. Přidání ostřiva ve větším množství zvyšuje pórovitost, což je nežádoucí pro technologické vlastnosti cihel. Výsledky ukázaly, že tento druh ostřiva může být vhodný pro zpracování a kvalitu cihel vypálených na teplotu vyšší než byla teplota výpalu původních cihel. Ostřivo z cihel vyrobených při relativně nízkých teplotách, jako je 600 C, je vhodné a mělo by být přidáváno do plastických surovin pro výrobu cihel při vyšších teplotách. V praxi toto ostřivo představuje nejen ekonomickou úsporu vzhledem k množství snadno dostupného odpadu, kterým lze nahradit jíl, ale také definitivní řešení odpadu z výroby cihel. [10] 23

24 Využití odpadu při zpracování žuly na výrobu cihel a dlaždic Průmysl vytváří velké množství odpadů, které znečišťují a poškozují životní prostředí, proto bylo cílem této práce posoudit vhodnost využití odpadu vznikajícího při řezání žuly jako alternativní keramické suroviny na výrobu cihel a keramických dlaždic. Brazílie je jedním z největších zpracovatelů žuly na světě, ať už ve formě bloku nebo v jiných zpracovaných produktech. Recyklace odpadů žuly v keramickém průmyslu přitahovala pozornost v posledních letech hlavně díky možnosti snížení výrobních nákladů. Na vývoj tohoto výzkumu byly použity klasické keramické suroviny (cihlářské hlíny, křemen, živec, vápenec a jíl) a odpady vznikající při řezání žuly. Všechny tyto tradiční suroviny již byly analyzovány a jsou běžně využívané v keramickém průmyslu v regionu na severovýchodě Brazílie. Jako příměs byly vybrány tři vzorky odpadů vzniklé při řezání žuly, které byly získány v podobě bláta, vysušeny a následně přidány do cihlářské směsi. Použité byly odpad z Poligran, odpad z Caxambu a odpad z Fuji. Vyrobené zkušební vzorky obsahovaly směs cihlářské hlíny a odpadů (ve výši 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 a 60 % hm ). Vzorky této směsi (rozměrů 20x2x2 cm) byly vypáleny na 800, 900 a 1000 C v oxidační atmosféře. Po výpalu byla stanovena nasákavost vzorků a pevnost v tahu za ohybu. Pro porovnání byly vytvořeny ještě vzorky 19x9x9 cm a vypáleny na teplotu mezi 750 a 850 C v průmyslové peci. Výsledky hodnot hustoty jsou v souladu s hodnotami běžně používaných surovin (2,60 2,75 g/cm 3 ). Směs obsahovala vyšší podíl jemných částic. Hodnoty měrného povrchu odpadů byly v rozmezí 6 až 11 m 2 /g, což je velmi podobné běžným keramickým surovinám a jsou tedy srovnatelné s typickými hodnotami plastických a neplastických surovin. Žulové odpady obsahují více než 59 % SiO 2 a Al 2 O 3 v rozmezí 6,40-13,80 %. Obsah Fe 2 O 3 se pohybuje kolem 6 %. Přítomnost CaO a Fe 2 O 3 v odpadech je hlavně důsledkem použití kovového prachu a vápna jako brusiva a maziva při řezání žuly. DTA / TGA analýza poukazuje na to, že odpady z Poligran a z Fuji obsahují křemen, slídu a vápenec, zatímco odpad z Caxambu obsahuje kaolinit a mullit. TG analýza grafů ukazuje, že odpady z Poligran a z Fuji vykazují nejvyšší úbytek hmotnosti v rozsahu teplot rozkladu vápence, zatímco odpad z Caxambu má největší ztrátu hmotnosti v rozsahu teplot dehydroxilace jílových minerálů. Na 24

25 rentgenogramu jsou patrné vrcholy křemene (SiO 2 ), živce draselného (KAlSi 3 O 8 ), živce sodného (NaAlSi 3 O 8 ), slídy a kalcitu (CaCO 3 ) obsažených v odpadu z Poligranu a Fuji, zatímco v odpadu Caxambu je pozorována pouze přítomnost křemene a kaolinitu. Na základě fyzikální a mineralogické charakteristiky odpadů lze pozorovat, že jejich vlastnosti jsou podobné běžně užívaným cihlářským surovinám. Poligran a Fuji odpady mají chemické a mineralogické složení podobné. Obsahují vysoké množství taviv, zatímco odpad z Caxambu má složení blížší písku vzhledem k množství SiO 2 a k nízkému obsahu taviv. Směs složená z až 45 % odpadů byla vyhodnocena jako vysoce plastická, zatímco složení směsi z 50, 55 a 60 % odpadu bylo klasifikováno jako středně plastické. Podle literatury jsou tyto výsledky v souladu s hodnotami uvedenými jako vhodné pro výrobu cihel vytlačováním ze šnekového lisu. Obrázek č. 9 ukazuje výsledky nasákavosti a pevnosti v tahu za ohybu keramického střepu získaného výpalem v laboratorní peci. Je zde možné pozorovat, že zvýšení obsahu odpadu vede ke zvýšení nasákavosti nezávisle na vypalovací teplotě. Pevnost v tahu za ohybu se zvyšuje a následně klesá s růstem obsahu odpadu nad 20 %. Dle obrázku č. 9 bylo ověřeno, že všechny vzorky (i s množstvím odpadu až 50 %) mají hodnoty nasákavosti stále nižší, než jsou maximální povolené hodnoty nasákavosti pro cihly (25 %) a pro střešní krytiny (20 %). Stejně tak jsou i pevnosti v tahu za ohybu vyšší, než minimální hodnoty, které jsou 5,5 MPa pro cihly a 6,5 MPa pro pálené střešní tašky. Na základě této předběžné analýzy byly provedeny zkoušky směsí (až 50 % odpadů) vypálených v průmyslové peci. Obrázek č. 10 ukazuje výsledky nasákavosti a pevnosti v tahu za ohybu cihelného střepu po výpalu v průmyslové peci. Myšlenkou celého výzkumu bylo ověřit využití odpadu žuly, produkovaného při jejím zpracování v průmyslu v oblasti brazilského severovýchodního regionu, jako alternativní keramické suroviny pro výrobu cihel a dlaždic. Příměs odpadní žuly se ukázala být vhodnou složkou do cihlářské surovinové směsi. Použití tohoto odpadu by také mohlo mít praktické důsledky, jak pomocí recyklace dosáhneme úsporných nákladů na výrobu cihlářských produktů. 25

26 Obr. č. 9: Nasákavost a pevnost v tahu za ohybu laboratorních vzorků vypálených na 800, 900 a 1000 C 26

27 Obr. č. 10: Nasákavost a pevnost v tahu za ohybu vzorků vypálených v průmyslové peci na teplotu mezi 750 a 850 C [11] 27

28 Technologické vlastnosti slévárenských písků v pálených cihlách Kovové odlitky se vyrábějí litím do forem. Formy mohou být použity opakovaně, ale dochází k jejich opotřebení. Poté se odstraňují z výrobního procesu a likvidují na skládkách. Ve slévárenském průmyslu jsou miliony tun tohoto materiálu, více než 70 % je tvořeno pískem. Formy se většinou skládají z křemene, bentonitu, uhlíkových přísad a vody, někdy však také obsahují významné množství těžkých kovů jako je chrom, olovo, měď, nikl a zinek, nebo organické příměsi. Ke snížení nebo odstranění rizika spojeného s těmito nebezpečnými látkami se stabilizují hydroxidem vápenatým a poté ukládají na skládky. Rostou ekologické problémy a zároveň náklady na likvidaci těchto látek, proto se zvyšuje zájem o začlenění těchto odpadů do alternativních výrobních procesů moderního průmyslu. Vyhořelé písky mohou být recyklovány v rámci slévárenského průmyslu nebo v několika dalších průmyslových odvětvích. Četné druhy takovýchto odpadů byly vyhodnoceny jako vhodné suroviny pro výrobu cihel. Slévárenské písky byly dodávány z automobilky v Baskicku (Španělsko) a cihlářská hlína byla dodána cihelnou nacházející se v La Rioja (Španělsko). V laboratořích se simuloval keramický proces. Slévárenský písek byl přidáván v poměru % hm do cihlářské hlíny. Referenční vzorky byly připraveny k porovnání chování odpadního písku. Po homogenizaci byly tvarovány vzorky velikosti 10x7x2 cm, které se poté sušily při laboratorní teplotě po dobu 7 dnů. Následně se dosoušely v elektrické sušárně při 100 C po dobu 24 hodin. Vzorky vysušené do konstantní hmotnosti byly vypalovány v elektrické peci na 3 maximální teploty (800, 850 a 900 C při 4 hodinové výdrži na maximální teplotě). Cihlářská hlína se skládala hlavně z křemene, vápence, hematitu a směsi jílových minerálů včetně kaolinitu, smektitu, illitu a vermikulitu. Chemické složení bylo 50 % SiO 2, 15 % Al 2 O 3 a 9 % CaO, v menším množství bylo obsaženo i železo, draslík a dusík. K dispozici bylo relativně vysoké množství taviv jako je K 2 O v slévárenských píscích. Referenční písky byly složeny z křemene a živce. Poměrně vysoké bylo množství chrómu. Z hlediska velikosti částic byl čistý písek hrubší než písek slévárenský. 28

29 Slévárenský písek prošel exotermní reakcí při spalování organických složek. Toto pozorování potvrzuje ztráta žíháním, která byla 2,7 %. Průmyslově vyrobené cihelné bloky skládající se z 30 % slévárenských písků byly vypáleny na 850 C. Objemová hmotnost těchto bloků byla 2,67±0,04 g/cm 3, hodnota nasákavosti 12,7±0,2 %, pevnost v tahu za ohybu 83,7±0,3 kg/cm 2 a měrný povrch 5,44±0.05 m 2 /g. Na všech vzorcích je "střední" stupeň výkvětů, což naznačuje, že slévárenský písek nemá žádný škodlivý účinek ve srovnání s referenčním pískem. Tvorbu výkvětů lze předvídat na základě množství rozpustných solí. Škodlivost cihel k životnímu prostředí vypálených na 850 C byla hodnocena zkouškou lo užením. Vyluhování barya, fluoridů a chloridů nemá podstatný vliv na výsledné vlastnosti. Zkoušky loužením provedené na monolitických materiálech ukazují, že slévárenský písek může být použit jako stavební materiál bez vlivu na životní prostředí. Vyhořelé slévárenské písky lze úspěšně používat v cihlářství ke snížení plasticity surovin stejně, jako se užívají běžné vyskytující se písky. Technologické chování slévárenského odpadu s obsahem jílu je plně srovnatelné s běžným pískem. Vyhořelý slévárenský písek může být přidáván do pálených cihel v proměnném množství, v závislosti na chování jílu. Dle této studie se nejnebezpečnější prvky vyskytují při spalování, ale jejich koncentrace ve výluzích je pod povolenými hodnotami. Chrom a olovo překračují tyto limity, ale jsou v relativně nízkých koncentracích. Slévárenské písky mohou být přidávány do cihel v množství až 30 % hm. Výsledky těchto studií ukázaly, že začlenění odpadů do keramického procesu je možné v rozmezí 2 až 50 %. Použití odpadu může ušetřit energii a zvýšit kvalitu cihel. Vysoká teplota potřebná k výrobě cihel předpokládá stabilizaci a snížení znečišťujících látek vzniklých ve výluhu. Obr. č. 11: Průmyslově vyrobený cihlářský střep [12] 29

30 Recyklace vedlejších slévárenských produktů v cihlářství Keramický průmysl může využívat velkého množství odpadů, které lze použít jako suroviny pro výrobu cihel. Jsou to například sedimenty, čistírenské kaly, odpadní popílek a ocelářská struska. Z technologického hlediska je možné začlenění těchto materiálů do keramického procesu, a to za účelem zlepšení vlastností finálních výrobků. Ve slévárenství vznikají miliony tun vyhořelého materiálů, 70 % z nich se skládá z tzv. slévárenského písku. V závislosti na původu může být slévárenský písek klasifikován jako písek zelený (dále jen GS), vzniklí rozkladem, a písek jádrový (dále jen CS). GS je tvořen hlavně z oxidu křemičitého, bentonitu, černého uhlí a vody, zatímco CS je složený z oxidu křemičitého, organických pojiv a katalyzátorů. Oba písky jsou klasifikovány jako nebezpečné látky, protože mohou obsahovat těžké kovy a organicky znečišťující látky, které mohou být uvolňovány do ovzduší. Jednou použité písky nemohou být znovu použity ve slévárně. Tato práce srovnává výrobu keramických cihel se dvěma typy slévárenských písků (zeleného a jádrového) vypálených v laboratoři dle různých cyklů, které odpovídají výrobě různých keramických výrobků. Cílem bylo vyhodnotit vliv cyklu výpalu a obsahu odpadních slévárenských písků na mikrostrukturu a vlastnosti konečného produktu. Zelené a jádrové písky byly získány ze slévárny automobilky nacházející se v Cantabrii (Španělsko), která vyrábí díly ze šedé a tvárné litiny pro automobilový průmysl. Místní cihelnou byl dodáván illitický jíl (Cantabria, Španělsko). GS a CS byly přidány do běžné cihlářské hlíny v poměrech 0 50 %. Za cílem zlepšení plasticity a prevence proti výkvětům byl přidán uhličitan barnatý v poměru 0,004 ppm. Směsi byly homogenizovány a tvarovány na zkušební vzorky o rozměrech 15x3x1,5 cm a následně vypáleny v laboratorní muflové peci na maximální teploty 850 C, 950 C a 1050 C s rychlostí 2 C/min a výdrží 3,5 hodiny na maximální teplotě. Pro porovnání byly některé vzorky vypalovány na 1050 C v průmyslové peci. Směsi odpadních písků mají větší částice než hlína, proto je nutné oba druhy písku upravit procesem zdrobňování. GS má vyšší procento menších částic než CS. Velikost částic je důležitá jak při procesu sušení, tak při výpalu keramiky. Cihlářská hlína se skládá hlavně z oxidů křemene (63,6 %), hliníku (17,2 %) a železa (6,06 %), které jsou přítomny jak v GS (85,4 %, 3,64 % a 1,45 %), tak v CS (79,9 %, 3,79 % a 30

31 5,86 %). Cihlářská hlína také obsahuje draslík (3,08 %). Jíl a GS mají podobné hodnoty ztráty žíháním (6,03 % oproti 6,87 u GS), zatímco CS má hodnotu ztráty žíháním pouze 2,23 %. Analýza nepálených surovin ukazuje, že jíl byl složen převážně z křemene (SiO 2 ), hematitu (Fe 2 O 3 ) a různých typů silikátů (illit, muscovit, a ortoklas). GS a CS písky se skládají hlavně z křemene, donathitu, enstatitu a hematitu. Výpal na 1050 C vytváří nové silikátové fáze v jílu (montmorillonit, muscovit). Zkoušky též prokázaly, že čím je vyšší obsah GS nebo CS v keramickém střepu, tím je vyšší nasákavost. Výsledky ukázaly, že je možné získat keramické cihly obsahující 35 % GS a 25 % CS s technologickými hodnotami, které splňují požadované limity [smrštění: 5,2 % (GS) a 4,9 % (CS), nasákavost: 7,5 % (GS) a 8,1 % (CS), objemová hmotnost: 1922 kg/m 3 (GS) a 2075 kg/m 3 (CS), pevnost v tahu za ohybu: 10,1 MPa (GS) a 10,2 MPa (CS)]. Přidáním GS a CS do keramických směsí se snižuje smrštění a zvyšuje nasákavost a to jak u laboratorně vypálených vzorků, tak i u vzorků pálených v průmyslové peci. Čím je vyšší teplota výpalu, tím je vyšší smrštění a ztráta žíháním, a tím naopak klesá nasákavost. Vzhledem k smrštění a nasákavosti vzorků vypálených na 1050 C mají tyto cihly nejlepší kval itu. Na základě laboratorní analýzy lze odhadnout kvalitu průmyslových výrobků. Proces optimalizace naznačuje, že je možné získat keramické cihly z 35 % zeleného písku a 25 % jádrového písku splňující technologické předpoklady pro tradiční cihly. Tato studie prokázala možnost využití slévárenských písků jako částečné náhrady cihlářské hlíny v keramických výrobcích. Na základě výsledků fyzikálního a mineralogického hodnocení konečných produktů se tyto písky doporučují jako suroviny pro výrobu keramických produktů. 31

32 Obr č. 12: Smrštění výpalem, ztráta žíháním a nasákavost vzorků vypálených na 850 C (A), 950 C (B), 1050 C (C) v laboratorní m uflové peci Obr. č. 13: Smrštění výpalem, nasákavost, objemová hmotnost a pevnost v tahu za ohybu vzorků vypálených na teplotu 1050 C v průmyslové peci [13] 32

33 3. Cíl práce Cílem této diplomové práce je posouzení vlivu různého obsahu kamenné prosívky v konkrétní surovinové směsi na výrobu pálených střešních tašek podle ČSN EN 1304 (TONDACH Česká republika s.r.o. cihelna Šlapanice). Tato cihelna se v současné době potýká s problémem průhybu střešních tašek během výpalu. Z tohoto důvodu může být kamenná prosívka pro cihlářskou výrobu velmi výhodným ostřivem, neboť ve srovnání se současným standardním ostřivem křemenným pískem, nevykazuje výraznější objemové změny během výpalu a je levnější. Výsledkem je získat optimální poměr surovin tak, aby výsledná směs měla co nejlepší vlastnosti z hlediska použití na výrobu střešních tašek a hlavně z hlediska průhybu během výpalu. Výroba a sušení vzorků bude probíhat v laboratořích. Režim výpalu zkušebních vzorků bude v laboratorní muflové elektrické peci probíhat tak, aby se co nejvíce demonstroval režim výpalu v tunelové peci ve šlapanické cihelně. Na vyrobených vzorcích se provede především zkouška nasákavosti, prosákavosti, objemové hmotnosti, smrštění sušením a výpalem, mrazuvzdornosti, pevnosti v tahu za ohybu a deformace během výpalu. 33

34 4. Metodika zkoušek 4.1. Zkoušky vstupních surovin Sítový rozbor plavením vstupních surovin Postup spočívá v rozplavení 200 g základních surovin na sítě s velikostí ok 0,063 mm. V tomto případě se jedná o jíl a spraš. Menší částice jsou odplaveny vodou, zatímco částice vetší se usadí na sítě. Po důkladném opláchnutí vodou a odplavení všech menších podílů základních surovin se vloží síto se zbytkem částic do sušárny a vysuší se do konstantní vlhkosti. Po vysušení se síto vyndá ze sušárny a zváží se zbytek na sítě. Výsledek se vyhodnotí jako poměr hmotnosti zbytku na sítě a hmotnosti navážky. Uvádí se v procentech Diferenční termická analýza Diferenční termická analýza (DTA) se používá pro identifikaci složek zkoumané látky a spolu s TG vážkovou analýzou i ke kvantitativnímu určení těchto složek. Princip DTA spočívá v zjišťování rozdílu nárůstu teploty zkoumaného vzorku a inertního materiálu. Výsledkem tohoto měření je graf s různými píky. Když je směr křivky vodorovný, znamená to, že vzorek má stejný teplotní přírůstek jako inertní materiál a že se ve vzorku nedějí žádné změny. Pík směřující dolů naznačuje, že vzorek má menší teplotní přírůstek než inert, tudíž v něm došlo k endotermní reakci, jakou je například uvolňování chemicky vázané vody. Naopak pík směřující nahoru naznačuje u vzorku větší teplotní přírůstek a tedy exotermní reakci, jakou může být vyhořívání organických látek. Součástí grafického výstupu DTA bývají také grafy DTG (derivovaná DTA křivka), T (graf přírůstku teploty) a také TG (termogravimetrická analýza). Údaje o hmotnosti jsou získávány pomocí váhy v pícce, na kterou je kelímek se vzorkem položen. Ve spojení s DTG křivkou, díky které lze lépe rozpoznávat začátky reakcí, můžeme poměrně přesně určit pokles hmotnosti během reakce a vypočítat hmotnostní zastoupení například uhličitanu vápenatého, či chemicky vázané vody atd. 34

35 Rentgenová difrakční analýza Metoda rentgenové difrakční analýzy slouží ke stanovení mineralogického složení zkoumaných materiálů. Může být použita jak pro kvalitativní posouzení analyzovaného materiálu, tak též pro posouzení kvantitativní. Zařízení se nazývá difraktograf a skládá se ze stabilizovaného zdroje záření, goniometru pro posuv vzorku, detektoru a detekčního a registračního zařízení. Získaný záznam na PC se označuje jako rentgenogram nebo též difraktogram. Rentgenogramy se vyhodnocují převážně z hlediska kvality - z jakých krystalických fází se zkoušený vzorek skládá. Na ose X jsou vyneseny hodnoty úhlů difraktovaného záření 2θ a na ose Y jeho intenzita. Ostrá maxima intenzity se označují termínem vrchol, popř. pík. Při vyhodnocování se nejprve vyznačí hodnoty úhlů na ose X, poté se pomocí tabulek stanoví hodnoty mezirovinných vzdáleností jednotlivých píků rentgenogramu a použitím kartotéky ASTM se určí minerály Kontrakčně dilatační termická analýza (DKTA analýza) Touto analýzou stanovujeme nevratné změny, které vznikají jako důsledek fyzikálních a chemických procesů, ke kterým dochází v průběhu ohřevu a ochlazování testovaného vzorku. Z hlediska konstrukčního uspořádání dilatometru tvoří stěžejní část snímací nástavec se vzorkem. Vzorek se snímacím nástavcem je umístěn v pecním tělese. Do vnitřního prostoru pece je mimo snímacího nástavce ještě nainstalován regulační termočlánek. Snímací nástavec spolu s elektronickým snímačem tvoří vlastní měřící prvek dilatometru. Tvar a charakter vzorků pro DKTA analýzu závisí na konkrétním typu použitého přístroje. Nejčastěji se vzorky připravují v podobě tyčinek. Význam má tato metoda zejména při sledování lineárních změn výrobních směsí v keramice jako podklad pro optimalizaci pálících křivek keramických výrobků. 35