XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Промышленность строительных материалов и изделий является одной из динамично развивающихся отраслей, в которой производство керамического кирпича по-прежнему занимает одну из ведущих позиций. Керамика является одним из самых древних строи­тельных материалов, но несмотря на это не потеряла своего актуального значения и в наши дни. Подтвержде­нием этому служит тот факт, что она является пока еще основным стеновым материалом, так как до 70% общего объема городской застройки выполняется из кирпича и керамических камней. Производство их занимает почти 60% всех промышленных фондов строительной керамики. К числу массовых керамических изделий, получив­ших применение в строительной технике, следует прежде всего отнести кирпич глиняный обыкновенный (крас­ный).

В последние годы, не смотря на кризис, растут объемы производства основных строительных материалов с одновременным увеличением доли отечественной продукции, качество которой способно составить конкуренцию зарубежным производствам и соответствует всем современным требованиям. Строительная наука ищет новые возможности для снижения расходов сырья на изготов­ление строительных материалов, веса возводимого сооружения, затрат рабочей силы, транспортные расходов и т. п. Количественные и качественные показатели промышленности строительных материалов основываются на требованиях строительного комплекса, среди которых внимания заслуживают: увеличение объемов жилищного строительства и изменение его структуры, снижение ресурсоемкости, энергетических и трудовых затрат при строительстве и эксплуатации жилья. Таким образом, продукция отрасли должна содержать широкую гамму строительных материалов, изделий и конструкций, отвечающих всем запросам товарного рынка.

Стремительное развитие производства керамического кирпича связано с активным совершенствованием, а в ряде случаев с коренным изменением традиционной технологии его получения, а также с освоением новых видов продукции. Резко увеличились масштабы использования керамических материалов в новых областях техники. Заметно изменились и расширились представления о строении и свойствах керамических материалов. Выпуск керамических изделий, как по их ассортименту, так и по видам керамики постоянно обновляется. Улучшается качество и вид сырьевых материалов. В настоящее время производство местных строитель­ных материалов развивается как за счет строительства новых предприятий, так и за счет технического совер­шенствования и модернизации оборудования действую­щих, лучшего использования их производственных мощ­ностей, интенсификации технологических процессов и улучшения организации производства. Только за счет этих факторов производство кирпича в ближайшие три года должно быть увеличено на 50—55%.

Модернизируются приборы и оборудование, созданы механизированные заводы с объемом производства в 50-100 млн. шт. в год, оснащенные мощными глинообрабатывающими и формующими машинами, механизированными экономичными сушилками и печами. В последнее время, особенно в промышленно развитых странах, произведена коренная модернизация кирпичной промышленности. При этом главным направлением было повышение качества производимых строительных материалов. Для этого были изготовлены новые виды оборудования практически для всех производственных переделов.

Долговечность и прочность кирпича, широта распространения и экологичность, удобство в применении и хороший микроклимат помещений, а также возможность использования кирпичной стены, как самоценного архитектурного элемента (в этом случае неоценимую роль играет разнообразный отделочный кирпич), делает постройку из кирпича вечно современной и актуальной. Даже в современных технологиях строительства традиционный кирпич является самым популярным и распространённым материалом. Широко применяют кирпич для облицовки зданий и внутренней отделки помещений. Кирпич отличается простотой использования, хорошей устойчивостью к окружающей среде. Различные виды керамического кирпича широко применяются не только как отдельный строительный материал, но и совместно с другими строительными материалами и изделиями для строительства зданий и сооружений различного назначения.

В зависимости от технологии изготовления и области применения различают большое количество разнообразных видов керамических кирпичей. Каждый тип имеет свои достоинства, что позволяет использовать кирпич для кладки фундаментов и несущих стен, каминов, печей, дымоходов и колодцев, для строительства многоэтажных зданий и возведения промышленных построек. Нет такой задачи, которую нельзя было бы решить с применением кирпича. После выполнения кладки кирпич не требует практически никакого ухода.

К стеновым керамическим материалам относятся кирпич обыкновенный, лицевой, дырчатый, щелевой, пористо-дырчатый, полуторный, лицевые и пустотелые керамические камни, кратные по размеру кирпичу. Кирпич глиняный обыкновенный (сплошной) представляет собой искусственный камень в виде прямоугольного параллелепипеда с прямыми ребрамии ровными лицевыми поверхностями, который изготовляют путем формования, сушки и обжига из легкоплавкой глины с добавками или без них. Требования, предъявляемые к стеновым материалам ГОСТом, касаются главным образом правильности формы и размеров, строительной прочности, водопоглощения и морозостойкости.

ГОСТ 530-2012"Кирпич и камень керамические" предусматривает выпуск одинарного кирпича размером 250×120×65 мм и модульного размером 250×120×85 мм с обязательными технологическими пустотами, массой не более 4 кг. Все стеновые изделия конструктивного назначения, имеющие размеры больше кирпича, называются керамическими камнями. Вследствие неизбежной воздушной и огневой усадки трудно получить кирпич точно стандартного размера, поэтому допускаются отклонения от размеров; они не должны превышать по длине ±4 мм для кирпича пластического прессования и ±3 мм для кирпича полусухого прессования, по ширине ±3 и ±2 и по толщине ±3 мм и ±2 мм соответственно.

Внешний вид кирпича также нормируется: учитывается отсутствие сквозных трещин и механических повреждений. При этом характеризуется одновременно большое количество кирпичей, поэтому на отдельных кирпичах допускаются отбитости ребер и углов размером по длине ребра не более 15 мм в количестве не выше двух на одном кирпиче. На отдельных кирпичах может быть допущена одна сквозная трещина протяженностью не более 30 мм по ширине кирпича.

Пустотелый кирпич изготовляют со сквозными и несквозными пустотами. Сквозные пустоты могут быть круглыми, диаметром не более 16 мм, или щелевыми с шириной щели не более 12 мм. Это практически исключает при кладке заполнение пустот раствором и обеспечивает требуемые теплозащитные свойства стены. Объем пустот по отношению к объему изделия для круглых отверстий составляет от 9 до 30%. При введении в шихту выгорающих добавок (шлакоугольный отсев, угольная пыль и т. д.) получают пористо – пустотелые изделия. Последние, как и изделия с большой пустотностью, выгодны в производстве, т. к. при их изготовлении достигается экономия в сырье и топливе, и сокращаются сроки сушки и обжига.

Кроме того, предъявляются требования к структуре кирпича после завершения стадии обжига. Кирпич должен быть хорошо обожжен, при ударе должен издавать чистый звук. «Недожог» и «пережог» кирпича являются браком. Недожженный кирпич имеет большее водопоглощение, меньшие прочность и морозостойкость, при постукивании издает глухой звук. Пережженный кирпич обладает более высокой прочностью, меньшим водопоглощением и повышенной теплопроводностью, поэтому его используют только для кладки фундаментов. После обжига кирпич должен соответствовать цвету эталона нормально обожженного кирпича. Не допускаются известковые включения (дутики), вызывающие разрушение кирпича.

Одним из существенных недостатков кирпича является появление на его поверхности белых налетов (высолов), образующихся из водных растворов растворимых солей щелочных и щелочно-земельных металлов (Na₂SO₄, K₂SO₄, MgSO₄ и другие), присутствующих в глинистом сырье. Растворяясь в воде, они в дальнейшем при сушке мигрируют на поверхность.

Для предотвращения образования налетов растворимые соли переводят в нерастворимые введением добавок (0,5% карбоната бария). Также можно использовать пропитку кирпича водоотталкивающими средствами.

ГОСТом 530-2007 установлена марочность кирпича, соответствующая его прочности при сжатии (кг/см²): М 100, М 125, М 150, М 175, М 200, М 250, М 300. Объемная масса обыкновенного глиняного кирпича колеблется в пределах – 1700-1900 кг/м³, его теплопроводность – 0,7-0,82 Вт/(м∙°С). Стеновые изделия с объемной массой 1450 кг/м³ и ниже являются эффективными стеновыми материалами, т. к. они выгодны не только в производстве, но и в строительстве.

Водопоглощение кирпича марок выше М 150 должно быть не менее 6% и для остальных марок не менее 8%, что обеспечивает определенную пористость кирпича, иначе за счет большей плотности ухудшаются теплозащитные свойства, и будет достаточно плохое сцепление со строительным раствором.

Морозостойкость должна составлять не менее 15 циклов; предусмотрены и более высокие марки по морозостойкости F 25, F 35, F 50, F 75, F 100.То есть кирпич в насыщенном водой состоянии должен выдерживать без каких-либо признаков видимых повреждений (расслоение, растрескивание, выкрашивание) 25, 35, 50, 75 и 100 повторных циклов попеременного замораживания и оттаивания соответственно.

Однако для получения высококачественной керамики, удовлетворяющей постоянно и динамично изменяющимся и растущим требованиям строительного комплекса, требуется дальнейшее совершенствование технологии и композиций для производства строительных материалов. Основным направлением достижения этой цели являются дальнейшие исследования различных модификаций шихты для производства керамики. Одной из основных задач при этом является повышение прочности и морозостойкости получаемого керамического материала.

Кроме того, заслуживает внимания проблема, связанная с уменьшением запасов высококачественного сырья для производства стеновой керамики. Для расширения сырьевой базы прилагаются усилия для переработки низкокачественного сырья в высококачественное за счет вылеживания, введения добавок, использования многокомпонентных шихт с пластификаторами.

Для решения этой проблемы необходимо широкое применение кислых глин с низким содержанием оксида алюминия (менее 13%). Однако для получения строительной керамики с высокими физико-механическими характеристиками необходима модификация традиционных составов шихты.

Введение одного модификатора или комплекса специальных добавок в состав керамики позволяет не только применение низкокачественных сырьевых ресурсов, но и производство керамического кирпича, обладающего необходимыми для его эксплуатации свойствами. Немаловажную роль играет возможность применения отходов других производств и отходов потребления в качестве модифицирующих добавок. Как показывают данные последних исследований, различного рода добавки и режимы их введения позволяют оказывать существенное влияние на свойства силикатных композитов и керамики.

Список литературы

1. Августинник А.И. Керамика - М.: Промстройиздат, 1957. - 484 с

2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Учебное пособие для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1996. – 608 с.

3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жолобов А.Л., Жуков А.В. Строительные материалы – М.: Феникс, 2007. – 620 с.

4. Станевич В.Т. Строительная керамика: учебное пособие. – Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 96 с.

5. Погребенков В.М. Технология тонкой и строительной керамики. Часть 1: учебное пособие. – Томск, ТПУ, 2005. – 109 с.

6. Пивинский Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные труды. Том 1. – СПб.: Стройиздат СПб, 2003. – 242 с.

7. Горохова, Е.В. Материаловедение и технология керамики. – Мн.: Вышэйшая школа, 2009. – 222 с.

8. Василовская Н.Г., Енджиевская И.Г., Баранова Г.П. и др. Основы технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: Учебное пособие – Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. – 200 с.

9. Гузман И.Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.: ил.

10. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия – М.: ACADEMIA, 2008. – 368 с.