Производство и применение керамики - одна из старейших человеческих технологий, Керамические материалы, включая кирпич, фарфор и цемент, использовались для строительства зданий на протяжении тысячелетий и до сих пор являются одними из наиболее широко используемых строительных материалов.

Свойства керамики

Керамика - это неорганические и неметаллические материалы, часто пористые и кристаллические по структуре. Некристаллические материалы, которые разделяют другие свойства керамики, классифицируются как стекло, хотя, когда они принимают кристаллическую структуру из-за термической обработки, их называют стеклокерамикой.

Механические свойства керамических материалов имеют особое значение в строительстве. К ним относятся их твердость и прочность на сжатие, способность противостоять химической эрозии и устойчивость к чрезвычайно высоким температурам. Однако керамические материалы также являются хрупкими и слабыми при сдвиге и растяжении, и эти механические свойства необходимо учитывать при выборе керамических материалов для строительства.

Керамика в строительстве

Керамические материалы использовались в зданиях как минимум с 3000 г. до н.э., когда обожженные кирпичи использовались для строительства городов в ранней цивилизации долины Инда (Khan and Lemmen, 2015). Современное использование керамики в строительстве включает, помимо традиционных строительных изделий, «умную» керамику, которая включает солнечные элементы или другие устройства, подключенные к Интернету, и экологически безопасное строительство с использованием переработанных керамических изделий.

Кирпичи

Кирпич заменил ограненный камень в качестве основного строительного материала в Европе во время промышленной революции, когда стало возможным массовое производство. Они могут быть изготовлены методом экструзии, формования или сухого прессования. Экструзия включает продавливание сырья (обычно глины) через стальную головку. Формованные кирпичи прессуются из глины в форме для кирпича, а кирпичи сухого прессования используют более толстую глину в аналогичном процессе.

Помимо изготовления стен, полов и иногда даже крыш многих традиционных и современных зданий, кирпичи могут изготавливаться для специальных строительных применений, используя их керамические свойства. Инженерный кирпич особенно прочен, имеет низкую водную пористость и высокую кислотостойкость, используется для строительства фундаментов и влажных слоев.

Цемент, строительный раствор и бетон

Связывание кирпичей со стенами обычно выполняется раствором на цементной основе, который также состоит из керамического материала. Бетон, который представляет собой комбинацию заполнителя, воды и цемента, представляет собой текучий строительный материал, который в равной степени предпочитают как римские, так и модернистские архитекторы. Пантеон в Риме, построенный в 128 году нашей эры, использует цемент для своей почти 2000-летней купольной крыши. Цемент используется во многих больших современных зданиях из-за его универсальности формы и высокой прочности на сжатие. Он часто армируется стальными стержнями, установленными внутри бетонной формы, и в этой форме широко используется в фундаментах и перекрытиях зданий.

К специальным бетонам относятся:

проницаемый или пористый бетон, используемый для смягчения экологического ущерба, наносимого мощением;

нанобетон, который содержит наноразмерные частицы цемента и используется для высокодекоративных плит или вспененный для создания легкого бетона;

микробный бетон, который добавляет бактерии в смесь для повышения прочности на сжатие;

полимербетон, который имеет более высокую прочность на разрыв и меньшую пористость за счет добавления полимеров.

Керамика в интерьере зданий

От глиняных горшков и мозаичных плиток древних цивилизаций до фарфоровой арматуры для кухонь, ванных комнат и полированных поверхностей столешниц современного гладкого дизайна - керамические материалы широко используются в интерьерах зданий.

Следующее поколение строительной керамики для внутренних работ будет все в большей степени использовать «умные» подключенные технологии для подключения этих материалов к Интернету вещей (IoT). Плитки с беспроводной зарядкой, датчиками температуры, атмосферного и пьезоэлектрического давления, освещением и обогревом могут управляться центральной домашней системой, управляемой через приложение на смартфонах пассажиров.

Керамика в зеленом строительстве

Как один из наиболее широко используемых и универсальных строительных материалов, керамика должна и дальше развиваться, чтобы минимизировать воздействие зданий на окружающую среду. Один стартап в Нидерландах этим занимается. StoneCycling, основанная друзьями Томом ван Сустом и Уордом Масса, перерабатывает промышленные отходы, изготовленные из керамических материалов, и перерабатывает их в так называемые WasteBasedBricks. Эти экологически чистые кирпичи используют только три четверти энергии традиционного производства кирпича и могут соответствовать отраслевым требованиям по прочности и долговечности.