А) природные пигменты - получают измельчением и отмучиванием горных пород, содержащих яркоокрашенные минералы. По яркости и насыщенности колера уступают искусственным пигментам и особенно органическим.

Белые пигменты: мел, каолин.

Желтые: охра, сиена.

Красные: сурик железный, мумия.

Коричневые: умбра.

Черные: пиролюзит MnO₂, графит.

Б) искусственные пигменты - получают из минерального сырья путем сложной химической переработки.

Белые пигменты: белила цинковые, свинцовые, титановые, литопонные, известь.

Жёлтые: крон цинковый, крон свинцовый.

Красные: крон красный, мумия искусственная, сурик свинцовый, редоксайд.

Зелёные: зелень свинцовая, хромовая, цинковая и оксид хрома.

Синие: ультрамарин, лазурь малярная.

Чёрные: сажи.

МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ ПИГМЕНТЫ.

Для окраски металлических конструкций часто применяют металлические порошки: алюминиевую пудру и золотистую пудру (порошок бронзы), которые обладают высокими свето-атмосферо- и антикоррозионной стойкостью.

ОРГАНИЧЕСКИЕ ПИГМЕНТЫ.

Это органические синтетические красящие вещества, обладающие высокой красящей и кроющей способностью, чистым и ярким светом, свето- и атмосферостойкие, но дороги, не высокая щелочестойкость.

Черные пигменты - нигрозин

Синие - индатрен

Красные - литольшарлях

Голубые - фталоциалитовые

Зеленые - фталоцианитовые

Для строительных красок используют главным образом неорганические пигменты вследствии их большей атмосферо- и химической стойкости.

Свойства пигментов

1.Красящая способность - это интенсивность окраски, характеризующаяся минимальным количеством пигмента, необходимого для придания белой краске яркого цветного тона.

2.Укрывистость, или кроющая способность - это количество пигмента в красящем составе, способное перекрыть контрастный цвет поверхности в 1 м².

3.Дисперсность пигмента влияет на все его основные свойства. Чем тоньше помол, тем выше укрывистость и красящая способность.

Природные пигменты имеют размер частиц 0,5 - 40 мкм, искусственные 0,1 - 2 мкм.

4.Маслоемкость - способность пигмента удерживать определенное количество масла. Характеризуется количеством масла (в % по массе), которое необходимо добавить к пигменту для получения красочной пасты. Чем меньше масла (олифы), тем выше стойкость красочного покрытия и больше укрывистость пигмента.

5.Светостойкость - способность пигмента сохранять свой цвет под воздействием света.

6.Антикоррозионная стойкость - или пассивирующие свойства пигмента - способность давать покрытия на металл, надежно защищающие его поверхность от окисления.

7.Атмосферостойкость - способность пигмента, не изменяя цвета, противостоять воздействию атмосферных факторов: кислорода воздуха, сернистых и других газов, а также попеременному замораживанию и оттаиванию, увлажнению и высыханию.

8.Химическая стойкость - способность не изменять первоначального цвета под воздействием щелочей и кислот.

9.Огнестойкость - способность не разрушаться и не изменять свой цвет от воздействия высоких температур.

10.Безвредность пигмента - особая осторожность соблюдается при применении пигментов, содержащих соединения свинца, меди.

Вспомогательные материалы

1.Растворители - это жидкости для растворения полимерных связующих и придания малярной консистенции густотертым краскам.

Растворителями служат легко улетучивающиеся органические жидкости: уайт - спирит, скипидар, ацетон, сольвент - нафта, нефрас С - 50/170 и др.

2.Разбавители - жидкости, не растворяющие пленкообразующие вещества, а лишь уменьшающие вязкость красочных веществ. Разбавителями служат олифы или масляные эмульсии типа «воды в масле».

3.Наполнители - высокодисперсные белые минеральные порошки, вводят для экономии пигмента, придания краскам повышенной кислото- и огнестойкости. Для наружной окраски применяют порошки тяжелого шпата (BaSO₄) и талька. Для внутренней отделки применяют более дешевые - тонкомолотые мел, известняк, гипс.

4.Сиккативы - вещества, способствующие быстрому пленкообразованию и «высыханию» масляных красок. Сиккативами служат - соли оксидов свинца, марганца, кобальта или растворы других металлических солей жирных кислот в органических растворителях.

Красочные составы

В зависимости от вида связующего красочные составы делятся на:

масляные краски;

эмали;

лаки;

эмульсионные (латексные краски);

клеевые;

водоразбавляемые краски на основе неорганических вяжущих веществ.

1. Масляные краски - это суспензия пигмента с наполнителем в олифе, образующая после высыхания цветную прозрачную, твердую, однородную пленку. Они выпускаются: густотертыми - 12-25% олифы и готовые к употреблению - 30 - 50% олифы применяются для наружной и внутренней окраски по металлу, дереву и сухой штукатурки.

2. Эмали - это суспензия пигмента с наполнителем в лаке, образующая после высыхания цветную не прозрачную, твердую пленку с различным блеском и фактурой на поверхности.

Наиболее распространенные: перхлорвиниловые, эфиро-целлюлозные, хлоркаучуковые, алкидные, эпоксидные, карбомидные.

Эмали быстро высыхают (2-8ч.), водостойки, некоторые имеют высокую атмосферостойкость (перхлорвиниловые), коррозионную стойкость (эпоксидные и хлоркаучуковые). По стоимости дешевле масляных красок.

Применяют для наружной и внутренней окраски по металлу, дереву, бетону, штукатурке.

3. Лаки могут выполнять не только роль связующего, но и быть самостоятельным лакокрасочным покрытием с образованием блестящей прозрачной пленки.

Смоляные лаки - для отделки паркета, защиты древесины и других строительных материалов от коррозии.

Масляно-смоляные - для покрытия по дереву.

Битумные - для антикоррозионной защиты.

Спиртовые лаки и политуры - для полировки деревянных поверхностей и покрытия изделий из стекла и металла.

4. Эмульсионные (латексные) краски - это пигментированные эмульсии или дисперсии полимера в воде. В их состав обязательно входят эмульгаторы, улучающие свойства красок. Эти краски дают гладкие матовые покрытия, обладающие большой прочностью, свето-, водостойкостью, воздухо- и паропроницаемостью. Они служат для окраски плотных, пористых и влажных покрытий. Наибольшее распространение для внутренней окраски получили поливинилацетатные и бутадиенстирольные по дереву и штукатурке.

Акрилатные - для фасадов зданий.

5. Клеевые краски - это суспензия пигментов и мела в водном коллоидном растворе клея. Приготовляют на месте производства работ. Они в большинстве своем не прочны и не водостойки и применяют только для внутренней окраски.

Казеиновые краски - для внутренней и наружной окраски.

6. Водоразбавляемые краски на основе неорганических вяжущих веществ - приготовляют с использованием в качестве связующих минеральные вяжущие вещества. Краски изготовляют на месте работ, разбавляют водой.

Известковые краски используют для окраски фасадов зданий (кирпичных, бетонных, оштукатуренных).

Цементные используют для окраски по влажным поверхностям.

Силикатные используют для окраски поверхности свежего бетона, штукатурки. При окраске по дереву защищает его от возгорания.

7. Для подготовки окрашиваемой поверхности с целью получения более качественного покрытия и экономии краски часто используют грунтовки и шпатлевки.

Грунтовка - это суспензия пигмента с наполнителем в связующем, образующаяся после высыхания непрозрачную однородную пленку с хорошей адгезией к подложке и покровному слою.

Шпатлевка - густая вязкая масса из смеси пигмента с наполнителем в связующем, предназначенная для заглаживания неровной окрашиваемой поверхности.

Контрольные вопросы

Какие материалы называются лакокрасочными?

Что называется связующим веществом и какие имеются виды связующих?

Основные компоненты лакокрасочных материалов.

Что такое пигменты и их роль в красках?

Основные свойства пигментов.

Что представляют собой натуральные олифы, их применение?

Какие известны искусственные олифы, где их применяют?

Что известно о лаках?

Что такое сиккативы, для чего их используют?

Виды красочных составов.

Тема №8. Обжиговые и плавленые материалы, их состав, свойства и применение (строительная керамика и стеклянные материалы)

Керамические материалы

1. Общие сведения

Керамика -- собирательное название широкой группы искусственных каменных материалов, получаемых формованием из глиняных смесей с минеральными и органическими добавками с последующей сушкой и обжигом. На древнегреческом языке «керамос» означало гончарную глину, а также изделия из обожженной глины.

Керамика -- древнейший строительный материал. Археологами обнаружены остатки зданий и сооружений из керамического кирпича в Древнем Египте и Ассирии, датируемые III--I тысячелетиями до нашей эры. Кирпич был известен в Древней Индии и Китае. В Древней Греции керамика применялась для кровель и украшения фасадов. Первый храм Геры в Олимпии (VII в. до н. э.) имел черепичную крышу и украшения из терракоты.

Простота технологии и неисчерпаемая сырьевая база для производства керамических изделий самых разнообразных видов предопределили их широкое и повсеместное распространение. Этому способствовали также высокая прочность, долговечность и декоративность керамики. И в настоящее время керамика остается одним из основных строительных материалов, применяемых практически во всех конструктивных элементах зданий и сооружений.

По назначению керамические изделия делят на следующие виды:

стеновые (кирпич и керамические камни);

кровельные (черепица);

изделия для облицовки фасадов (лицевой кирпич, терракотовыеплиты, мозаичные плитки и др.);

изделия для внутренней облицовки стен;

плитка для полов;

санитарно-технические изделия (умывальники, унитазы и трубы);

специальная керамика (кислотоупорная, огнеупорная, теплоизояционная);

заполнители для легких бетонов (керамзит и аглопорит).

Материал, из которого состоят керамические изделия после обжига, называют керамическим черепком.

В зависимости от структуры черепка керамические материалы разделяются на две основные группы: пористые и плотные.

Пористыми условно считают изделия, у которых водопоглощение черепка более 5 % по массе (в среднем 8...20 %). К ним относятся все виды кирпича и стеновых камней, черепица, облицовочные плитки.

Плотными считают изделия, водопоглощение черепка которых менее 5 % (обычно 2...4 %); эти изделия практически водонепроницаемы. К ним. относятся плитки для полов, санитарный фарфор и т. п.

2. Сырье для производства керамики

Сырьевая масса для изготовления керамических материалов состоит из пластичных материалов (глин) и непластичных (отощающих и выгорающих добавок, плавней и др.). Глины обеспечивают получение удобоформуемой связной массы и после обжига прочного и водостойкого черепка. Непластичные добавки улучшают технологические свойства сырьевой массы (облегчают сушку, уменьшают усадку и снижают температуру обжига) и придают материалу желаемые свойства (пористость, теплопроводность и т. п.).

Глины -- основной сырьевой компонент керамики -- осадочные горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов -- водных алюмосиликатов различного состава (каолинит А1₂О₃ * 2SiO₂ * 2Н₂О, монтмориллонит А1₂О₃ * 4SiO₂ * Н₂О и др.). Размер частиц глинистых материалов не превышает 0,005 мм; преобладающая форма частиц - пластинчатая. Благодаря своей гидрофильности и огромной площади поверхности глинистые частицы активно поглощают и удерживают воду. Именно глинистые минералы придают глине ее характерные свойства: пластичность при увлажнении, прочность при высыхании и способность к спеканию при обжиге.

Кроме глинистых минералов в глине содержатся более крупные частицы: пыль (0,005...0,16 мм) и песок (0,16...5 мм). Они состоят из кварца, карбонатов кальция и магния и других минералов. Эти компоненты глин также влияют на ее технологические свойства и качество готовых изделий.

Глины, как сырье для керамики, оценивают комплексом свойств: пластичностью, связующей способностью, отношением к сушке и к действию высоких температур.

Пластичность -- способность глиняного теста деформироваться под действием внешних механических нагрузок без нарушения сплошности и сохранять полученную форму после прекращения воздействий. Пластичность глин объясняется тем, что при увлажнении глины на поверхности глиняных частиц появляются тончайшие слои адсорбированной воды. Эти слои, с одной стороны, обеспечивают возможность скольжения частиц друг относительно друга, а с другой, связывают эти частицы силами поверхностного натяжения, что обеспечивает сохранение формы изделий после формования. Превалирование того или иного эффекта зависит от количества адсорбированной воды.

Пластичность оценивается количеством воды, необходимой для получения из глины удобоформуемой массы. Высокопластичные глины имеют высокую водопотребность и, как следствие, большую усадку при сушке.

Скорость сушки увлажненной глины определяется не скоростью испарения влаги с поверхности отформованного изделия, а скоростью миграции воды внутри глиняной массы от центра к поверхности. Глина, будучи материалом «водонепроницаемым», тормозит продвижение влаги через свою толщу, чем замедляет сушку.

Чем больше в глине частиц глинистых минералов, тем она больше требует воды, больше набухает, но труднее сохнет и дает большую усадку. Такие глины называют «жирными». Глины, содержащие много песчаных частиц, характеризуются небольшой усадкой и набуханием, достаточно легко сушатся, но пластичность, т. е. формовочные свойства, у нее пониженная. Такие глины называют «тощими».

Таким образом, для получения требуемой сырьевой массы для керамики нужно выполнить два противоречивых друг другу условия: смесь должна хорошо формоваться и легко сушиться.

Смеси с оптимальным соотношением глинистых и песчаных частиц получают, добавляя в жирную глину отощающие добавки. Кроме песка для этих целей используют золы ТЭС, шлаки и другие материалы.

Спекаемость -- способность глины при обжиге переходить в камневидное состояние, в котором она совершенно не размокает в воде, объясняется следующим. При нагреве до 900... 1200°С в глине последовательно начинают протекать химические и физико-химические процессы, приводящие к полному и необратимому изменению ее структуры:

* удаление химически связанной воды (500...600° С);

* разложение обезвоженной глины на оксиды А1₂О₃ и SiO₂.(800...900°С);

* образование новых водостойких и тугоплавких минералов (силлиманита А1₂О₃ * SiO₂ и муллита ЗА1₂О₃ * 2SiO₂ (1000... 1200° С);

* образование некоторого количества расплава из легкоплавких материалов глины (900... 1200° С).

Образование прочного черепка происходит за счет эффекта склеивания твердых частиц глины образовавшимся расплавом. При этом за счет сил поверхностного натяжения этого расплава происходит уменьшение объема материала, называемое огневой усадкой. В зависимости от вида глин огневая усадка составляет 2...6 %.

Полной усадкой называют сумму воздушной и огневой усадки; она обычно находится в пределах 6...18 %. Полную усадку необходимо учитывать при формовании сырцовых заготовок для получения изделий с заданными размерами.

Огнеупорность -- свойство материалов, в том числе и глин, выдерживать действие высоких температур без деформаций.

Различные глины требуют определенных температур обжига и соответственно изделия из них имеют различную огнеупорность. По этому признаку глины делят на легкоплавкие, тугоплавкие и огнеупорные.

Легкоплавкие глины, содержащие большое количество примесей, плавятся при температуре ниже 1350° С. Из таких глин, называемых кирпичными, изготовляют кирпич, стеновые камни и черепицу.

Тугоплавкие глины, содержащие незначительное количество примесей, плавятся при температуре 1350... 1580° С. Применяют их для изготовления облицовочных керамических изделий, лицевого кирпича, канализационных труб.

Огнеупорные глины, почти не содержащие примесей, плавятся при температуре выше 1580° С. Их применяют для производства огнеупорных материалов.

Отощающие материалы вводят в состав керамической массы для снижения пластичности и уменьшения воздушной и огневой усадки глин. Они улучшают сушильные свойства глин. В качестве отощающих добавок используют песок, шамот, дегидратированную глину, золы ТЭС, гранулированные шлаки.

Шамот -- зернистый (0,14...2 мм) материал, получаемый измельчением предварительно обожженной до температуры спекания глины. Его можно заменить измельченным браком керамических изделий. Шамот из огнеупорных глин используют для изготовления огнеупоров.

Дегидратированную глину получают нагревом до 650...750° С. При удалении кристаллизационной химически связанной воды глина необратимо теряет свойство пластичности.

Гранилурованный доменный шлак и золы ТЭС -- отощители глин, используемые при производстве кирпича и другой грубой керамики. Это эффективный путь утилизации промышленных отходов.

Порообразующие добавки вводят в смесь для снижения плотности и, соответственно, теплопроводности керамических изделий. Для этого используют вещества, которые при обжиге:

* диссоциируют с выделением газа, например, СО₂ (молотый мел,доломит и т. п.);

* выгорают (древесные опилки, угольный порошок и т. п.).Такие добавки одновременно являются и отощающими.

Пластифицирующие добавки -- высокопластичные глины, а также поверхностно-активные вещества -- пластификаторы СДБ, ЛСТ и др.

Плавни добавляют в глины в тех случаях, когда желательно понизить температуру ее спекания. В этом качестве используют полевые шпаты, железную руду, тальк и т. п.

Глазури и ангобы -- отделочные слои на облицовочных керамических изделиях.

Глазури -- стеклообразные лицевые покрытия различного цвета, прозрачные или глухие. Их получают нанесением на поверхность готовых изделий порошка из стекольной шихты и закреплением обжигом до плавления.

Ангобы -- лицевые покрытия, выполненные из цветных глин, нанесенных на поверхность сырцовых изделий. В отличие от глазури ангоб не дает при обжиге расплава, а образует матовое керамическое покрытие.

Одна из главных проблем при глазуровании и ангобировании - обеспечение максимальной близости свойств (главным образом КЛТР) изделия и отделочного слоя во избежание растрескивания и отслоения отделочного слоя. Характерным видом брака подобного рода является цек -- частая сетка трещин на поверхности глазури.

3. Основы технологии керамики

Все разнообразие керамических материалов производится в принципе по однотипной схеме, включающей в себя следующие переделы: добычу сырьевых материалов, подготовку сырьевой массы, формование изделий, сушку и обжиг.

Однако для получения изделий с различной структурой черепка и различной конфигурации применяют разные методы формования: литье, пластическое формование, полусухое и сухое прессование. В зависимости от метода формования производят подготовку сырьевой массы.

Основные изделия строительной керамики -- кирпич и керамические камни, а также некоторые виды керамических плиток, черепицы и труб производят методом пластического формования. Этот метод формования наиболее прост и получил наибольшее распространение. Ниже рассмотрена схема производства керамики с использованием метода пластического формования на примере производства кирпича.

Производство кирпича методом пластического формования ведется на хорошо проработанной пластичной массе с влажностью 15...25 % из легкоплавких глин средней пластичности, содержащих 40...50 % песка.

Подготовка сырья в старину велась «естественным» образом: глина, добытая в карьере, в течение 1...2 лет выдерживалась в буртах под открытым небом. Периодическое намокание, замораживание и оттаивание разрушало природную структуру глины, вымывало из нее соли (вспомните белые высолы на современном кирпиче). После этого глину обрабатывали на глинорыхлителях и камнеотделительных валках и доводили до требуемой пластичности добавлением воды.

В настоящее время глину увлажняют паром и интенсивно обрабатывают на бегунах, дезинтеграторах и валках (это в какой-то мере заменяет вылеживание) до получения пластичной удобоформуемой массы без крупных каменистых включений (кусочки СаСО₃ должны быть удалены или измельчены в порошок).

Качество массы и будущих изделий зависит от тщательности проработки сырьевых компонентов.

Формование кирпича-сырца производят на ленточном прессе, напоминающем мясорубку. Увлажненная и тщательно размятая глиняная масса продавливается винтовым конвейером через решетку в вакуумную камеру, где жгуты глины разбиваются вращающимся ножом для удаления воздуха из глиняной массы. Далее масса винтовым валом подается в конусную головку пресса, где окончательно уплотняется и продавливается сквозь формующую часть пресса -- мундштук. Мундштук придает глиняной ленте, выходящей из пресса, определенную высоту и ширину. В мундштуке могут быть установлены керны, образующие каналы в выдавливаемой ленте; так получают пустотелый кирпич и трубы.

Глиняная лента нарезается автоматическим устройством на кирпич-сырец. Размер таких кирпичей несколько больше требуемого, так как в процессе последующей обработки глина дважды (при сушке и при обжиге) претерпевает усадку, достигающую 10... 15 %.

Сушка -- важный и сложный этап производства кирпича. Главная трудность сушки массивного кирпича-сырца в том, что в глине перенос влаги затруднен (глина -- водонепроницаемый материал), и поэтому быстрое высыхание глины с поверхности приводит не к ускорению сушки, а к растрескиванию кирпича-сырца. Это происходит из-за того, что поверхностный слой дает усадку при высыхании (до 7...10 %), а влажное ядро препятствует ей. Простейший способ предохранить кирпич от растрескивания -- сушить его медленно, так, чтобы скорость испарения воды не превышала скорости ее миграции из внутренних слоев. Но этот путь снижает темпы производства.

Ускорить сушку можно, вводя в сырьевую смесь вещества, облегчающие миграцию влага к поверхности (например, опилки), или путем формования в кирпиче сквозных отверстий. Улучшение условий сушки пустотелого кирпича -- залог более высокого качества материала.

При влажности кирпича-сырца 6...8 % его можно подавать на обжиг.

Для обжига используют печи различной конструкции от самых старых кольцевых, в которые кирпич укладывают и вынимают вручную, и до современных туннельных и щелевых, где кирпич обжигается в процессе продвижения его по печи. Температура обжига зависит от состава сырьевой массы и обычно находится в пределах 950... 1000° С. Необходимую температуру обжига следует строго выдерживать.

Полусухой способ производства кирпича отличается от пластического тем, что глина влажностью 6...7 % измельчается в порошок, из которого на специальных прессах поштучно формуется кирпич-сырец. Такой сырец не требует сушки -- его сразу же после формования можно обжигать. Так как кирпичи полусухого прессования (рис. 5.2, 6) получаются более плотными, в них делают несквозные пустоты (так называемый пятистенный кирпич). Кирпич полусухого прессования имеет гладкие грани и значительно меньше дефектов, чем кирпич пластического формования, но в то же время он менее морозостоек.

Относительно небольшой выпуск кирпича полусухого прессования объясняется сложностью прессов для формования сырца и невысокой их производительностью.

Производственные дефекты. Из-за слишком быстрой сушки и нагрева при обжиге кирпич деформируется и на его поверхности появляются трещины. При недостаточной температуре обжига получается недожженный кирпич (недожог) алого цвета, который не применяют из-за низкой прочности, водо- и морозостойкости.

При слишком высокой температуре обжига получается пережженный фиолетово-бурый кирпич (пережог -- «железняк») повышенной плотности, с оплавленной поверхностью и искаженной формой.

У керамических изделий встречается скрытый дефект, называемый «дутик», который может проявиться не сразу, а после того, как кирпич (камень) достаточное время находился во влажном состоянии. В этом случае происходят выколы и разрушение поверхности. В месте откола хорошо виден белый порошок или белая тестообразная масса.

Причина таких дефектов -- небрежность подготовки сырьевой массы. Если в исходном сырье встречаются куски известняка или другой карбонатной породы состава СаСО₃, то в случае, когда сырьевая масса не измельчается достаточно тонко, в свежеотформованном изделии могут оказаться кусочки известняка размером 1 ...5 мм. При обжиге они превращаются в оксид кальция (негашеную известь):

СаСОз > СаО + CO₂^

Негашеная известь при контакте с водой превращается в гидроксид кальция («гасится») с увеличением в объеме. Это приводит к выколам и разрушению изделий.

4. Стеновые и кровельные керамические материалы

Основная область применения керамики в строительстве -- материалы для ограждающих конструкций: стеновые (кирпич и керамические камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.

Стеновые материалы -- это кирпич и камни (последние отличаются от кирпича большими размерами). Самые первые постройки из кирпича обнаружены в Древнем Египте и Ассирии и относятся к III--I тысячелетию до н. э. Этот кирпич имел в плане форму, близкую к квадратной, со сторонами 300...650 мм и толщиной 30...80 мм. Подобный кирпич позже применялся в Древней Греции и Византии, где его называли «плинфа» (от гр. plinthos -- кирпич). Плинфа использовалась и в древнерусском зодчестве. Так, при строительстве Софийского собора в Киеве использовалась плинфа размером около 400 х 400 см и толщиной 30...40 мм. Такая форма древнего кирпича объясняется, видимо, в основном технологическими причинами: проще формовать и легче сушить.

Только в XV в. плинфу сменил похожий на современный «Аристотелев кирпич» (289х189x67 мм). Первый российский кирпич, предусматривавший перевязку швов, был «Государев кирпич». В современных размерах кирпич был узаконен стандартом в 1927г. Какого-либо общемирового стандарта на размеры кирпича не существует. Однако размеры и масса кирпича лимитируются размером и силой человеческой руки.

Кирпич керамический обыкновенный. В соответствии с действующими стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250 х 120 х 65 мм; реже производится утолщенный -- 250 х 120 х 88 мм и модульный -- 288 х 138 х 65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессования также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).

Приняты следующие названия граней кирпича: большая -- постель 1, боковая длинная -- ложок 2, торцовая -- тычок 3.

Плотность обыкновенного полнотелого керамического кирпича - 1600... 1800 кг/м³; пористость - 28...35 %; водопоглощение - не менее 8%.

Основная характеристика качества кирпича - марка по прочности, определяемая по результатам испытания кирпича на сжатие и изгиб. Установлено 8 марок: от 75 до 300 (табл. 6.1).

По морозостойкости для кирпича установлены четыре марки: F15, F25; F35 и F50. При оценке морозостойкости испытания на «замораживание -- оттаивание» проводят до появления внешних повреждений (трещин, отколов, шелушения поверхности), не допускаемых стандартом.

Стандарт допускает довольно большие отклонения в размерах и форме кирпича, которые объясняются большой и неравномерной усадкой кирпича в процессе изготовления. Кирпич считается удовлетворяющим стандарту, если отклонения по размерам и форме не превышают:

по длине ± 5 мм, ширине ± 4 мм, толщине ± 3 мм;

непрямолинейность граней и ребер, не более: по постели -- 3 мм, по ложку -- 4 мм;

сквозные трещины на ложковой и тычковой гранях -- не более одной при протяженности ее по постели не более 30 мм;

отбитости и притупленности ребер и углов -- не более двух глубиной более 5 мм и длиной 10... 15 мм.

Обыкновенный керамический кирпич благодаря достаточно высоким показателям физико-механических свойств и долговечности широко применяют в современном строительстве для кладки наружных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.

Кирпич полусухого прессования нельзя применять для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.

На складах кирпич хранят в штабелях высотой до 1,6 м, уложенным на ребро (ложковую грань).

При механизированной погрузке, разгрузке и транспортировании используют деревометаллические поддоны, на которые кирпич укладывают на ребро с перевязкой или «в елочку» (с наклоном в 45° к центру пакета). Чтобы уложить кирпич «елочкой», к торцам поддона прибивают треугольные бруски. Благодаря такой укладке пакеты с кирпичом можно перевозить на обычных автомобилях без дополнительных креплений. Погрузку, разгрузку и подачу пакетов на рабочее место выполняют с применением специальных футляров. Без поддонов кирпич перевозят уложенным в штабель с перевязкой; транспортирование навалом запрещается, так как при этом много кирпича бьется.

Пустотелый кирпич и керамические камни. У обыкновенного керамического кирпича есть два существенных недостатка: относительно высокая плотность (1600... 1800 кг/м³) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича, и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе России традиционная толщина стен 51 и 64 см) и их большую массу.

Небольшой размер обыкновенного кирпича объясняется двумя причинами:

масса кирпича, укладываемого вручную, не должна превышать 4,3 кг;

получение крупного массивного керамического изделия затруднительно, т.к. сушка и обжиг таких изделий протекает долго и, как правило, сопровождается большими деформациями и растрескиванием изделий.

Решение этой проблемы возможно путем формования крупноразмерных керамических изделий со сквозными пустотами. Такие кирпичи называют «эффективной керамикой».

Пустотелыми считаются кирпич и камни, объем пустот которых более 13%. Форма и размер пустот могут быть различными. Расположение пустот преимущественно вертикальное, но допустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенными пустотами.

Керамическими камнями называют штучные стеновые изделия размером от 250 х 120 х 138 мм (сдвоенный по высоте кирпич) и до укрупненных камней 510 х 260 х 219 мм для кладки стен в «один камень». Применение керамических камней позволяет значительно ускорить кладочные работы.

Прочностные свойства (марки) и морозостойкость пустотелых кирпича и камней такие же, как у обыкновенного керамического кирпича.

Дополнительное снижение плотности и улучшение теплотехнических показателей керамического кирпича и камней можно достичь, включая в сырьевую массу выгорающие добавки (опилки, угольную мелочь и т. п.) или вспенивая глиняную массу. Используя технологию поризации керамического черепка, ЗАО «Победа-Кнауф» (Санкт-Петербург) организовало производство пустотелых керамических камней (250 х 120 х 142 мм) с плотностью 950 кг/м³ и маркой по прочности 150 и 200 (кгс/см²) при морозостойкости не ниже F35; а крупноформатные блоки того же предприятия размером 510 х 260 х 219 мм имеют пустотность 52 % и среднюю плотность 800 кг/м³ (на 20 % легче воды); марка блоков по прочности 50... 100 (кгс/см²) и морозостойкость не ниже F35. Теплопроводность кладки из таких блоков 0,20 Вт/(м * К), что в 4 раза ниже, чем из полнотелого кирпича.

Пустотелый кирпич и камни нельзя использовать для кладки фундаментов, подвалов, цоколей и других частей зданий, где они могут контактировать с водой. Замерзание воды, попавшей в пустоты кирпича или камней, сразу приводит к их разрушению.

Кровельные материалы. Керамическая черепица -- старейший искусственный кровельный материал, применявшийся с давних пор практически во всех странах мира. Особенное распространение полупила черепица в европейских странах, Японии, Китае; при этом форма и цвет черепицы у разных народов были различными. До сих пор используют старинные виды черепицы: желобчатую «татарскую», волнистую «голландскую» и др.

Сырьем для черепицы служат кирпичные глины, только качество их подготовки должно быть выше. Ленточную черепицу формуют на таких же прессах, как кирпич. Штампованную прессуют поштучно. В остальном, технология черепицы аналогична технологии кирпича.

Черепичная кровля декоративна и очень долговечна. Недостатки ее: большой вес и трудоемкость устройства. Черепица требует мощной стропильной системы; минимальный угол наклона кровли 30° (для желобчатой, укладываемой на растворе,-- 15°).

5. Отделочные керамические материалы

Керамика в роли отделочного материала применяется издавна и очень широко. Это объясняется как декоративностью керамики, так и ее стойкостью и долговечностью. Облицовка керамикой не только придает декоративность, но и защищает конструкцию от внешних воздействий. Различают отделочную керамику для наружной и внутренней облицовки, а также для покрытия полов. Для каждой области применения используют керамику с различным строением черепка (плотным или пористым) и соответственно с разными свойствами.

Материалы для наружной облицовки зданий и сооружений включают в себя лицевой кирпич, крупноразмерные облицовочные плиты и архитектурные детали (терракоту) и плитки различных размеров.

Лицевой кирпич отличается от обычного тем, что у него ложок и тычок (или 2 тычка) имеет повышенное качество поверхности: гладкая без дефектов поверхность, ровная окраска, возможна рельефная обработка поверхности или ее офактуривание (глазурование, ангобирование). Лицевой кирпич изготовляют как из беложгущихся, так и из красножгущихся глин. Придание требуемого цвета возможно окрашивающими добавками (оксиды железа, марганца и т. п.). Сырьевая масса для лицевого кирпича готовится более тщательно: недопустимо присутствие крупных каменистых включений, особенно известняковых.

Марки лицевого кирпича такие же, как и у обычного; морозостойкость несколько выше: не ниже F25. Как правило, лицевой кирпич -- пустотелый.

Лицевым поверхностям кирпича можно придавать рельеф обработкой влажных сырцовых заготовок гребенками или рельефными валками.

Декорируют лицевой кирпич ангобированием и двухслойным формованием. Эти методы позволяют экономить дефицитные беложгущиеся глины.

Особенно декоративен глазурованный кирпич. Глазурь позволяет получать любые цветовые оттенки и сохранять их яркость в течение длительного времени; она почти не загрязняется и легко моется. Долговечность такой отделки -- десятки и даже сотни лет. Для зданий с кирпичными стенами отделка лицевым кирпичом -- самый эффективный вид отделки, так как она одновременно является частью стены и выполняет все ее функции.

Керамические плиты для фасадной отделки выпускают в широком ассортименте размеров, цветов и фактуры поверхности.

Коврово-мозаичная плитка очень облегчает отделку стен путем простого втапливания ковра в раствор (или бетон) и последующего смывания бумаги после затвердевания раствора. Такая отделка может производиться как на заводе одновременно с формованием стеновых панелей, так и в построечных условиях по свежеуложенной штукатурке. Плитки керамические фасадные применяют для облицовки наружных стен кирпичных зданий, наружных поверхностей железобетонных стеновых панелей, подземных переходов и других элементов зданий и сооружений. Плитки выпускают различных размеров (от 120 х 65 до 300x200 мм), цветов и фактуры поверхности. Плитки изготовляют методом полусухого и пластического прессования. Морозостойкость плиток F35 и F50. Тыльная сторона плиток имеет рифление для обеспечения сцепления с раствором (бетоном) (рис. 5 J).

Крупноразмерные керамические плиты выпускают с плотным черепком (водопоглощение менее 1 %) размером от 500 х 500 до 1000 х 1000 мм и толщиной 6... 10 мм. Эти плиты крепят на фасаде с помощью металлических раскладок. Один из вариантов таких плит называют керамическим гранитом.

Терракота (от лат. terra cotta -- жженая земля) -- крупноразмерные облицовочные изделия в виде плит, частей колонн, наличников и других архитектурных деталей.

Терракота возникла в Древней Греции, как замена облицовки из натурального камня. Впоследствии в различные исторические периоды терракота многократно входила в моду и широко использовалась в строительстве. Последний период увлечения терракотовой облицовкой в нашей стране пришелся на 40-50-е годы. В этот период терракотовые плиты и архитектурные детали использовались для облицовки зданий Московского университета (МГУ), всех высотных домов в Москве и многих многоэтажных жилых домов того периода в Москве, Киеве и других крупных городах.

Терракота -- очень долговечный и декоративный облицовочный материал, незначительно уступающий природному камню по свойствам, но значительно менее трудоемкий в производстве. Терракотовые изделия формуются из пластичных глиняных масс: плиты на ленточных прессах, а архитектурные детали с помощью форм (гипсовых, деревянных и металлических). Физико-механические показатели терракотовых изделий: марка по прочности -- не ниже 100кгс/см², морозостойкость не менее F50.

Плитку для внутренней облицовки выпускают разнообразных типоразмеров. Чаще других используют плитку размером 150 х 150 мм и разнообразные элементы к ней -- уголки, фризы и т. п. Такую плитку часто называют «кафельной». Это название пошло от фаянсовых изделий коробчатой формы с глазурованной поверхностью (от нем. Kachel -- глиняная плошка), использовавшихся в XVII--XIX вв. для облицовки печей в жилых и общественных зданиях; по-русски их называли «изразцы» (от старослав. образить -- украсить) (рис. 5.8).

Плитки для внутренней облицовки имеют пористый черепок и с лицевой стороны покрыты глазурью. Глазурь не только придает декоративный вид, но и делает плитки водостойкими и химически стойкими и гигиеничными. Такие плитки широко применяются для облицовки стен санитарно-технических узлов и кухонь в жилых и общественных зданиях, в больницах, на предприятиях пищевой и химической промышленности, вестибюлей и лестничных клеток. Нельзя использовать такие плитки для настилки полов (глазурь легко царапается) и для наружной облицовки (пористый черепок зимой быстро разрушится).

Плитку для полов изготовляют из тугоплавких глин методом сухого или полусухого прессования, обжигая их до полного спекания. Такие плитки почти не имеют пор и практически водонепроницаемы. В соответствии со стандартом их водопоглощение не должно быть выше 4 % (как правило, оно не более 1...2 %). Такие плитки часто называют «метлахские» (от названия немецкого города Meftlach, где было одно из первых производств подобных плиток).

Плитки могут быть окрашены в массе или иметь окрашенным только верхний слой. Поверхность плиток большей частью гладкая, но производят плитки и с фактурной поверхностью (например, имитирующие грубообработанный камень или древесину). Плитки отличаются высокой износостойкостью и прочностью, стойки к действию воды и химических реагентов, декоративны и легко моются. Размеры плиток от самых мелких (23 х 23 мм) мозаичных до плиток среднего размера (300 х 300 мм). Среди материалов для полов керамическая плитка отличается высоким теплоусвоением: такое покрытие пола называют «холодным».

В странах с теплым климатом (Южная Европа, Египет, Сирия и т. п.) полы из керамической плитки применяют во всех помещениях, включая гостиные и спальные комнаты. В России полы из плиток принято устраивать в помещениях с сырым режимом эксплуатации к повышенными гигиеническими требованиями (санитарно-технические узлы, лаборатории, больницы, пищеблоки и т. п.). В настоящее время в связи с появлением подогреваемых полов круг помещений, где целесообразно применять керамические плитки для полов, будет расширяться.

Облицовка керамикой -- один из самых экономически эффективных видов отделки фасадов и интерьеров зданий. Хотя первоначальная стоимость такой облицовки выше многих других видов отделки, но с учетом очень высокой долговечности керамики, в конечном счете, керамическая облицовка оказывается выгоднее. К несомненным достоинствам такой облицовки необходимо отнести архитектурную выразительность. Расчеты экологичности керамической облицовки также указывают, что она и с этой точки зрения оказывается одной из лучших.

6. Специальные виды керамических материалов

Санитарно-техническую керамику (раковины, унитазы, трубы, химическая посуда и т. п.) изготовляют из фаянса и фарфора.

Фаянс (от названия итальянского города Фаэнца) -- разновидность тонкой керамики, получаемая из беложгущихся глин (60...65 %), кварца (30...35 %) и полевого шпата (3...5 %). Отформованное из пластичной массы и высушенное изделие подвергают первичному (так называемому «бисквитному») обжигу при температуре 1250... 1280°С; после чего на его поверхность наносится глазурная масса и производится повторный обжиг (1050...1150° С) для глазурования. Глазурование фаянса необходимо, так как он имеет пористый черепок (П = 20...25 %) и высокое водопоглощение.

Фарфор (от перс. фагефур) -- изделия тонкой керамики с плотным черепком -- получают так же, как и фаянс из беложгущихся глин (около 50 %), но с большим содержанием полевых шпатов (20...24 %) и меньшим содержанием кварца (20...25 %). Фарфор имеет плотный, полностью спекшийся черепок, просвечивающий в тонком слое. Фарфоровые изделия санитарно-технического назначения также покрывают глазурью для придания им гладкости и повышения санитарно-гигиенических свойств.