Кирпич керамический: свойства, производство, применение
(Продолжение. Начало в № 3 (33) 2004 г.)
Лицевой (облицовочный) кирпич, как следует из названия, применяется для облицовки фасадов зданий и внутренних помещений. Технология производства лицевого кирпича принципиально не отличается от производства обычного керамического. Но для лицевого кирпича характерно более качественное исполнение поверхности ложковой и тычковой граней, которые могут быть не только гладкими, но и текстурированными. Некоторые виды облицовочного кирпича имеют на лицевых гранях фаски, которые предоставляют возможность выполнения аккуратных швов и препятствуют вылущиванию лицевой поверхности. Кроме кирпича натурального цвета, в очень небольших объемах производится отделочный кирпич с декоративным цветным внешним слоем (ангобом). Применение ангобированного кирпича расширяет палитру декоративных возможностей внешней отделки зданий. Но, как показала практика, в условиях российского климата стойкость ангоба не велика. Уже через 5-10 лет происходит его отслоение от подложки кирпича, и у здания, облицованного таким кирпичом, неприглядный вид. Технология производства высококачественных изделий позволяет достигнуть равномерности цвета и уменьшить вероятность появления высолов в процессе эксплуатации. Прочностные свойства лицевого кирпича позволяют применять его не только с целью достижения определенного декоративного эффекта, но и как несущий материал наряду с рядовым кирпичом.
К категории облицовочных материалов может быть отнесен также и фасонный (фигурный) кирпич. Производители предлагают фасонный кирпич со срезанным и скругленным углом, угловой кирпич, кирпич для обрамления оконных проемов, арок, для устройства подоконников и т. д. К числу немногочисленных заводов, изготавливающих фигурный кирпич, относятся "Рязанский кирпичный завод", "Голицынский керамический завод", ЗАО "Строительная керамика" (Рязанская обл.). Применение фасонного кирпича позволяет избежать трудоемких операций по резке обычного лицевого кирпича и предоставляет архитекторам дополнительные возможности декорирования.
Дефекты облицовочного кирпича
Претензии, предъявляемые к качеству облицовочного кирпича, чаще всего связаны с возникновением белесых подтеков на поверхности кладки, так называемых высолов, портящих внешний вид здания. Высолы появляются вследствие проступания солей, содержащихся в материале кирпича. Чаще всего их наличие обусловлено нарушением технологии изготовления. Иногда это неприятное явление может также наблюдаться в результате использования кладочного раствора с противоморозными добавками.
Проблема заключается в том, что высолы могут проявиться не сразу, а спустя некоторое время после возведения здания. Существуют специальные составы (смывки), позволяющие более или менее эффективно бороться с этим недостатком, но процесс этот весьма трудоемкий и дорогостоящий. В особо тяжелых случаях приходится прибегать к нанесению слоя декоративной штукатурки.
Для выяснения причин появления высолов в кладке существует сравнительно простой способ качественного определения наличия водорастворимых солей в кирпиче - метод капиллярного подсоса. Кирпич укладывают на ложковую грань в низкий сосуд с дистиллированной водой (можно использовать трижды прокипяченную воду) на глубину 1-2 см. В течение 7 суток надо обеспечить поддержание заданного уровня воды в сосуде и интенсивное испарение воды с поверхности образца, например, с помощью настольного вентилятора. По истечении 7 суток кирпич высушивают в сушильном шкафу при температуре 100-105 оС, сравнивают с исходным образцом, неподвергавшимся испытанию на капиллярный подсос. Наличие водорастворимых солей в кирпиче визуально оценивают по следующей шкале:
1. налет отсутствует;
2. имеется незначительный налет;
3. имеется значительный налет.
Допускается такой налет, который нельзя удалить с поверхности с помощью острого инструмента.
Другим дефектом, который непросто выявить при покупке кирпича, являются "дутики" - вкрапления частиц негашеной извести, которые разбухают под воздействием влаги и "взрываются", образуя на поверхности кирпича лунки различного размера. Количество этих вкраплений регламентировано нормативными документами, и каждая партия кирпича должна проходить соответствующие испытания, но, как показывает практика, эти нормативы выполняются не всегда. Для исключения вредного влияния извести достаточно поддон с уложенным на него кирпичом поместить на 40-60 секунд в бассейн с водой, а после этого упаковать в полиэтиленовую пленку. Такой метод по нашему предложению с успехом применяется с 1997 г. на Себряковском комбинате асбестоцементных изделий, выпускающем лицевой керамический кирпич из глинистого сырья, содержащего до 14% карбонатов кальция.
По мере развития науки и техники совершенствовалось, естественно, и искусство изготовления кирпича. Но в обязательном порядке мастера кирпичного дела учитывали особенности глины и в соответствии с этим в каждом конкретном случае назначали индивидуальные технологические параметры изготовления кирпича.
К сожалению, с этим не стали считаться уже в наше время. И, как показывает практика, технологические параметры начали устанавливать механики, теплотехники и т. д.
В период строительства социализма и коммунизма деятели государства российского вообще посчитали, что кирпич свое отжил, и ему на смену должно прийти панельное строительство. И как мы сейчас видим, простояв 30-40 лет, "хрущевки" пришли в полную негодность. В то же время здания и сооружения, построенные из керамического кирпича, изготовленного с учетом особенностей глинистого сырья, стоят на земле и служат человечеству сотни лет.
Вторая беда заключается в том, что в 60-90-е гг. машиностроительная база для кирпичной промышленности находилась в плачевном состоянии. Упор делался на зарубежное оборудование. О результатах такой политики достаточно известно из публикации известнейшего производственника кирпичной отрасли В. А. Крюкова - генерального директора ОАО "Голицынский кирпичный завод". Ниже, практически дословно, приводим выдержи из этой публикации.
"…Голицынский кирпичный завод в сегодняшнем состоянии сформировался в предперестроечные годы, когда доллар США по официальному курсу был ниже рубля СССР. В те времена в связи с отсутствием отечественных комплексных технологических линий в отрасли строительных материалов основной упор делался на строительство кирпичных заводов на базе импортного оборудования как наиболее прогрессивного в плане механизации и автоматизации технологических процессов. Всего на заводе было смонтировано 3 таких линии: НРБ, фирм "Серик" и "Морандо". К сожалению, ни одна из этих линий не учитывала специфику используемого на заводе местного глинистого сырья. Для расширения ассортимента продукции и поддержания ее высокого качества в настоящее время мы вынуждены использовать привозное глинистое сырье. И не наша вина, что выпускаемый на заводе керамический кирпич имеет относительно высокую отпускную цену. Это обусловлено его высокой себестоимостью.
До настоящего времени нет ни одного современного проекта строительства кирпичного завода пластического формования на базе отечественного оборудования. Ни головная организация ВНИИСТРОМ, ни бывший ГИПРОСТРОМ не смогли этого сделать. Только инофирмы готовы поставлять нам комплексные линии. Стоимость этих линий составляет $10-12 млн., а в переводе на рубли России стоимость такого завода составляет 300-360 млн. руб. Амортизационные отчисления плюс плата за фонды и т. п. приводят к высокой себестоимости кирпича со всеми вытекающими отсюда последствиями. К тому же технологическое оборудование может работать не бесконечно. И в настоящее время перед заводами, находящимися в эксплуатации свыше 10 лет, стоит серьезная проблема по замене физически изношенных агрегатов. К сожалению, до сих пор ни на уровне Госстроя, ни на уровне Правительства РФ не ставится вопрос о создании комплекта отечественной технологической линии кирпичных заводов, хотя есть все предпосылки для этого. И если сейчас не решать проблему строительства кирпичных заводов на базе отечественного оборудования, стоимость которых будет в 3-4 раза ниже зарубежных, то через 5-6 лет цена керамического кирпича поднимется до заоблачных высот или объемы его производства сократятся в несколько раз со всеми вытекающими отсюда последствиями.
Кроме того, следует учитывать и фактор создания дополнительных рабочих мест в РФ. Выпуск отечественных комплексов позволит создать дополнительные рабочие места в машиностроительной, строительной и других отраслях. До каких же пор мы должны это делать для зарубежных партнеров!
На своем опыте мы убедились, что несмотря на то, что на наше предприятие постоянно приезжают многочисленные экскурсии для ознакомления с передовыми технологиями, технологическая зависимость от зарубежных поставщиков оборудования ничего хорошего ни для нас, ни для потребителей нашей продукции не приносит".
В мировой практике стеновые керамические изделия производятся различными способами - в зависимости от реологических, физико-химических свойств сырья и назначения изделий. В основном они изготавливаются двумя способами: пластическим формованием и полусухим прессованием.
Полусухой способ прессования уступает по производительности и другим показателям пластическому, но по некоторым важным показателям (простоте технологической схемы с возможностью ее механизации и автоматизации, сокращению производственных площадей, выпуску продукции повышенной прочности и др.) его превосходит.
Добыча, переработка и хранение глинистого сырья в обоих случаях аналогичны и производятся в соответствии с эксплуатационными условиями месторождения глины. Аналогичными являются также методы контроля и испытания глинистого сырья.
Пластический способ формования, хотя и самый сложный, традиционно получил наибольшее распространение. Этим способом можно изготавливать кирпич, керамические камни и даже плиты и панели с пустотностью до 70%.
При этом способе пресс выдает непрерывный брус заданного профиля, который разрезается на изделия с последующей укладкой их на рейки или рамки, затем сушкой в камерных и туннельных сушилках, перекладкой на печные вагонетки и обжигом в кольцевых или туннельных печах.
Итак, с чего следует начинать при решении вопроса строительства или реконструкции кирпичных производств? По опыту создания и строительства двух технологических линий производства лицевого керамического кирпича полусухого прессования на Себряковском комбинате асбестоцементных изделий, авторы настоящей статьи предлагают следующие решения:
1. Как показали технико-экономические расчеты, в современных рыночных условиях завод мощностью менее 10 млн. штук условного кирпича в год будет практически нерентабельным.
2. Строить заводы мощностью 30 млн. штук условного кирпича в год и более тоже представляется нецелесообразным, т. к. цена перевозки готового кирпича на расстояние свыше 200 км практически сравнивается с ценой самого кирпича.
3. Какой способ формования сырца выбрать? При ответе на этот вопрос следует в первую очередь учитывать физико-технические свойства конкретного глинистого сырья.
Общеизвестно, что сформовать качественный сырец пластическим способом из глинистого сырья с числом пластичности менее 7 практически невозможно.
Как показали наши исследования свыше 300 месторождений глинистого сырья, в своем большинстве глинистое сырье переувлажнено по отношению к нормальной формовочной влажности на 3-8%.
Т. е. при применении пластического способа формования требуется его подсушка. В этом случае необходимо просчитать, не выгоднее ли такое сырье подсушить до формовочной влажности полусухого прессования.
У достаточно большого количества глинистого сырья влажность на границе раскатывания составляет 24-30%. А это значит, что примерно такая же будет и формовочная влажность. Сформованный пластическим способом сырец после обжига будет иметь водопоглощение свыше 20-24%. Это не допускается ГОСТом. Следовательно, единственным выходом из этого является формование сырца по полусухому способу.
Немаловажное значение имеет и то, что в настоящее время нет ни одного проекта отечественной современной технологической линии мощностью 10-20 млн. штук усл. кирпича в год. В то же время, как это известно со страниц журнала "Строительные материалы", в настоящее время успешно работают созданные нами две технологические линии производства лицевого керамического кирпича полусухого прессования.
4. Могилевский завод "Строммашина" практически полностью производит всё технологическое оборудование для этих линий, а к настоящему времени, с целью снижения стоимости, значительную часть оборудования готова производить фирма "ВЕНДЕЛС" (г. Волгодонск).
5. Следует отметить, что Могилевский завод "Строммашина" в настоящее время выпускает практически всё оборудование для пластического способа формования, причем значительная часть оборудования выпускается по лицензиям зарубежных фирм, и по качеству изготовления и срокам службы это оборудование ничуть не уступает зарубежному, а цена в 2-4 раза ниже.
6. Как мы уже сообщали в своей статье, на основании результатов опыта эксплуатации линий полусухого прессования нами проработан вопрос о создании отечественного комплекса технологического оборудования для производства керамического кирпича по пластическому способу формования. Для реализации этого проекта необходимы средства в пределах 5-6 млн. рублей. В содружестве с такими фирмами, как НП "Автоматстром" (г. Чебоксары), Могилевский завод "Строммашина", ООО "ВЕНДЕЛС" (г. Волгодонск) и другие, при наличии финансирования в течение 1-2 лет такая линия может быть создана. Хотелось бы услышать мнение Госстроя России по этому вопросу.
Проведя многочисленные исследования и анализ работы действующих заводов по производству керамического кирпича полусухим способом прессования, мы пришли к следующим выводам:
1. Для получения керамического черепка с высокими физико-техническими свойствами в первую очередь необходимо производить тщательное усреднение глинистого сырья по минералогическому и химическому составам. Существующие схемы подготовки пресспорошка не обеспечивают выполнения этого требования.
2. Для получения лицевого кирпича сырец на обжиговые вагонетки должен укладываться на постель, а при поступлении сырца в туннельную печь его влажность не должна превышать 3,5%, в кольцевую - 5,0%.
Вместе с тем установлено, что прочность свежесформованного сырца в зависимости от свойств глинистого сырья находится в пределах 20-50 кг.с/кв. см. При его подсушке до остаточной влажности 3-5% прочность повышается на 80-300%. Если укладывать на постель свежесформованный сырец, то при сравнительно невысокой его прочности нижние ряды, как правило, деформируются. Подсушка же сырца существенно повышает его прочность, что позволяет без каких-либо проблем укладывать его на обжиговые вагонетки на постель.
Таким образом, мы полагаем, что существующая традиционная схема производства кирпича полусухим способом прессования изначально ошибочна, в результате чего получаемый на действующих заводах керамический кирпич не выдерживает более 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания, а его внешний вид и прочность оставляют желать получения более высоких показателей.
Нами были проведены исследования по эффективности воздействия разных глиноперерабатывающих машин на качество получаемой при этом глиномассы двух месторождений. Эффективность воздействия машин оценивалась по изменению напряжения при сдвиге. Абсолютная влажность глиномассы составляла 20±0,5%. Анализ проведенных исследований показывает, что по эффективности переработки глинистого сырья на первом месте находится шнековый пресс с фильтрующей решеткой. Для обеспечения стабильности работы пресса нами была сконструирована специальная решетка, диаметр отверстий в которой составляет 18-22 мм. Для исключения деформации решетки и равномерного распределения глиномассы по сечению в переходной головке пресса установлено уплотнительно-распределительное устройство.
На основании полученных данных на ряде кирпичных заводов в последние годы были реконструированы технологические схемы массозаготовительных отделений. Так, например, на Балашовском кирпичном заводе в Саратовской области (мощность завода - 16 млн. шт. условного кирпича в год) на стадии подготовки шихты до шихтозапасника после питателя установлены только камневыделительные вальцы и шнековый пресс с фильтрующей решеткой. В 1999 г. на Воротынском кирпичном заводе в Калужской области (комплекс СМК-350, мощность завода - 60 млн. шт. условного кирпича в год) через 10 лет его эксплуатации серьезной проблемой стал вопрос о замене дырчатых вальцов фирмы "Униморандо" на новые. На запрос завода о реализации этой идеи фирма затребовала $300 тыс. Таких средств у завода не было. По нашим предложениям, основанным на изучении физико-технических характеристиках глиноперерабатывающего оборудования, вместо этих вальцов был установлен шнековый пресс с фильтрующей решеткой. Стоимость реализации этой идеи оказалась на порядок ниже, при этом из технологической схемы был удален еще ряд агрегатов. После этого завод работает достаточно стабильно и без какого-либо снижения качества готового кирпича. Эта же схема применена нами при разработке технологической линии производства лицевого керамического кирпича полусухого прессования на ОАО "Себряковский комбинат асбестоцементных изделий" в Волгоградской области.
В процессе освоения технологической линии возникли проблемы, которые практически не учитывались в технологии керамического кирпича полусухого прессования. Так, выяснилось, что относительная влажность теплоносителя, подаваемого в сушилки, оказывает не меньшее влияние, чем при пластическом способе формования. При снижении относительной влажности теплоносителя в зимний период, ниже 65%, на первых стадиях сушки сырца на нем появлялись сушильные трещины. Причем характерно то, что при выходе сырца из сушилок при остаточной влажности 3-4% трещины становятся невидимы. Однако в процессе обжига трещины опять раскрываются и выход лицевого кирпича не превышает 20%.
Для регулирования влажности теплоносителя, независимо от времени года, нами разработан способ его увлажнения. Суть метода заключается в том, что в воздухопровод отбора теплоносителя из зоны охлаждения тоннельной печи подается в необходимом количестве вода. Ввиду того что температура в воздухопроводе превышает 250 оС, происходит интенсивное испарение воды и, как следствие, влажность теплоносителя, подаваемого в сушилки, повышается до необходимых значений. Количество воды, подаваемой в воздухопровод, регулируется специально разработанной системой.
Установлено, что для исключения образования трещин на сырце в начальный период сушки относительная влажность подаваемого в сушилки теплоносителя должна находиться в пределах 75-85%, а его температура на позициях входа сырца в сушилки не должна превышать температуру сырца на 5-7 оС.
Керамический кирпич получают путем приготовления пресспорошка заданного зернового состава с влажностью 7,5-7,8%, прессования сырца на прессах СМК-1085 при удельном давлении в пределах 20 мПа, сушки и обжига.
Особенности разработанной нами технологии полусухого прессования заключаются в следующем: на специально сконструированном комплексе (на базе пресса СМК-506) предусмотрен метод грануляции как один из эффективных вариантов подготовки глинистого сырья к сушке; гранулирование исходного сырья перед сушильным барабаном обеспечивает улучшение условий сушки, снижение потерь с выносами (унос пыли), повышение однородности по химическому и минеральному составам глинистого сырья, размерам и влажности кусков, что, в конечном счете, способствует существенному повышению качества кирпича.
В технологическую схему приготовления пресспорошка введена стадия механической активации массы в стержневом смесителе конструкции ВНИИСТРОМа. Смеситель не только удовлетворительно гомогенизирует массу, но и обеспечивает уплотнение и частичную грануляцию порошковых масс. Последнее улучшает сыпучесть порошка и заполнение пресс-форм, облегчая прессование и получение качественных изделий.
Разработанная нами конструкция оснастки для прессования сырца со сквозными пустотами улучшает структуру и повышает морозостойкость кирпича.
Чтобы обеспечить подсушку сырца перед укладкой его на обжиговые вагонетки, нами совместно с СКБ "СТРОММАШ" (Москва) была разработана автоматизированная система: съём сырца с пресса; укладка его на полки люлечной роторно-конвейерной сушилки, специально сконструированной для сушки; съём сырца с полок сушилки и укладка его на обжиговые вагонетки с размером пакетов 1х1 м.
Если внимательно изучить принципиальную технологическую схему производства лицевого керамического кирпича разработанной нами линии, то можно увидеть, что в принципе - это практически линия пластического способа производства кирпича, в которой вместо шнекового пресса установлен пресс полусухого прессования.
Сейчас проводится работа по строительству таких технологических линий в различных регионах Росии и странах СНГ.
Итак, если не пытаться идти против природных свойств глинистого сырья, а строго их учитывать, руководствуясь здравым смыслом в области экономики и качества готовой продукции, то качество кирпича по физико-техническим свойствам никоим образом не будет зависеть от способа его производства. Недостаточно высокие показатели по морозостойкости керамического кирпича полусухого прессования, производимого по традиционной технологии, принятой еще в 50-е гг., обусловлены тем, что хотели получить качественную продукцию простейшими способами, без должной обработки глинистого сырья и эффективной сушки свежесформованного сырца. Но, как известно, бесплатный сыр бывает только в мышеловке.
| Автор: В. А. Кондратенко, В. Н. Пешков, Д. В. Следнев Дата: 01.06.2004 Журнал Стройпрофиль 4-04 Рубрика: стройплощадка Внимание: Публикация является архивной и на текущий момент может быть не достоверной. |