Автореферат

Обоснование актуальности изучаемой темы

Вот уже более пяти тысяч лет «держится на плаву» древнейший строительный материал – кирпич. Керамическим кирпичом украшали фасады в Древнем Египте и Вавилоне. Кирпичом облицована Великая Китайская стена, а символом российской государственности стал архитектурный ансамбль Кремля с его зубчатыми стенами и башнями из красного кирпича. К керамическому кирпичу относились как к произведению искусства, старые мастера ставили на нем личные клейма.

Несмотря на то, что кирпич - это один из самых древних материалов, он и сегодня является наиболее применяемым в строительстве, как в жилищном, так и в гражданском. В наше время наблюдаются высокие темпы развития строительства. И следует отметить тот факт, что состоялся переход строительства от массового к индивидуальному, и кирпич сегодня является самым востребованным конструкционным материалом на рынке строительства. В Украине основное количество кирпича производится методом пластического формования. К недостаткам этого метода необходимо отнести то, что отформованный кирпич нуждается в сушке. А для получения качественной поверхности кирпича процесс сушки должен проходить медленно. В результате сушка занимает от 3-х дней до нескольких недель, и, несмотря на то, что многие заводы вводят в глину целый комплекс компонентов для уменьшения растрескивания кирпича в процессе сушки, числа высолов, дутиков, все равно добиться того, чтобы поверхность кирпича была лишена дефектов удается не многим.

Сегодня каждый руководитель завода пластического формования стоит перед выбором. Или же пытаться производить более-менее качественный кирпич. А для этого требуется увеличить срок сушки кирпича и увеличить количество добавок в шихте, либо перейти на более качественное, но дорогое сырье. Первое увеличивает потребление энергоносителей в 1,5-2 раза, второе тоже приводит к удорожанию готового кирпича, поскольку любая добавка стоит значительно дороже глины. Или же производить более дешевый, но низкокачественный кирпич. Вторым недостатком метода пластического формования является то, что для получения качественного кирпича глину необходимо качественно переработать, что требует больших затрат на электроэнергию.

Данная работа заключается в подборе методов облагораживания поверхности керамического кирпича, который производят на Мариупольском кирпичном заводе "Керамик" с целью улучшения его визуальных характеристик. Завод в своем производстве использует глину, которую добывает из карьера, рядом с которым он расположен. Данное глинистое сырье является некачественным из-за значительного содержания в своем составе известковых включений и солей, в результате чего на поверхности высушенного и обожженного кирпича образовываются такие дефекты, как дутики и высолы, которые портят внешний вид изделий.

Однако хочу отметить, что цели и задачи моего исследования в данной области заключаются не только в том, чтобы решить проблему производства высококачественного и эстетически привлекательного кирпича на конкретном производстве, но и воплотить в жизнь до сих пор не существовавшие методы облагораживания поверхности керамического кирпича, рационально используя сырье. В работе рассмотрены, как давно существующие, так и принципиально новые и достаточно эффективные методы облагораживания керамического кирпича, для этих целей использовано сырье природного и техногенного происхождения.

Обзор существующих способов и методов облагораживания керамического кирпича

Керамический кирпич в большинстве случаев из-за недостаточно качественного сырья и несовершенства (упрощения) технологий производства изготовляется с неудовлетворительными эстетико-декоративными свойствами (неоднотонная окраска, свилеватость, дутики на поверхности). Поэтому в технологии производства керамического кирпича могут применяться дополнительные способы и методы, которые разрешают облагородить поверхность изделий. К таким методам относятся: более тщательная подготовка сырья (вылеживание, дополнительная обработка, использование тонкого помола, камневыделительных вальцев и др.), использование более качественного глинистого сырья (менее запесоченного, которое не содержит карбонатных пород, сульфатов и других вредных примесей), глазурование и ангобирование кирпича, рифление поверхности, введение в массу цветных материалов, силиконовые покрытия, распыление на поверхность кирпича мелкозернистых материалов (стекла, шлаков, руды и т. д.), производство двухслойного кирпича.

Для облицовки фасадов домов применяют разные керамические материалы, которые отличаются своими формами, размерами и декоративными качествами. Широкое использование получили изделия фасадной керамики, для которых характерные небольшая масса, высокая прочность и красивый цвет. Применение керамических фасадно-облицовочных изделий оказывает содействие на повышение долговечности домов, обеспечивает их художественную выразительность и своеобразность, снижает затраты на эксплуатацию. Кирпич и камни керамические лицевые - простейшие виды облицовочной керамики. Они могут быть сплошными или с пустотностью до 42%. Размеры, форма и расположения пустот должны отвечать требованиям, предъявляемых к пустотелому кирпичу и камням. В зависимости от формы и назначения кирпич и лицевые камни подразделяют на рядовые - для стен, профильные - для карнизов, поясов и т.д.. Они укладываются вместе с кладкой стены и являются не только декоративным оформлением, а на ряду с обычным кирпичом служат конструкционным несущим элементом. Сырьевым материалом для производства лицевого камня и кирпича являются легкоплавкие или тугоплавкие глины, которые приобретают после обжига разную окраску. Преимущество используют глины, которые после обжига имеют более светлые тона. Обычно цвет лицевого кирпича бывает от темно-красного до светло-красного. Технология производства лицевого кирпича аналогична производству обычного керамического кирпича пластическим или сухим формированиям. Отличие состоит лишь в более тщательной подготовке массы и тщательном соблюдении технологических параметров.

Для пластического способа формования присущи такие недостатки, как свилеватость изделий, высолы на поверхности после сушения и обжига кирпича, который изготовляется из недостаточно качественных глинистых материалов. Если в сырье есть растворимые соли (Na2S04, CaSO4 и др.), которые дают высолы на изделиях, принимают меры к их нейтрализации. Наиболее радикальным способом является перевод иона -S03 в нерастворимое состояние. Для этого его связывают ионом Ва2+, который вводится в массу обычно в виде гидроксида бария (0,5%), карбоната бария или баритовых отходов. Взаимодействие бария с ионом –SO3 происходит главным образом в сырой массе. По обыкновению для устранения высолов и интенсификации цвета изделий в массу прибавляют водную суспензию углекислого бария. Однако это вещество является токсичным и работа с ним при изготовлении суспензий может причинить значительный вред здоровью работников, поэтому нужно придерживаться мер предосторожности.

За последние годы на ряде предприятий введен новый эффективний метод получения лицевого кирпича и керамических камней из легкоплавких красножгущихся глин с помощью ангобирования, который заключается в нанесении на свежесформованный или высушенный кирпич специальными форсунками тонкого цветного лицевого слоя, который усиливает или маскирует после обжига структуру и цвет черепка. Ангобировать изделия можно пластическим способом, нанося фактурный слой одновременно с формованием их на ленточных прессах, а также пульверизацией, погружением, поливом и обмазкой. В производстве двухслойной керамики фактурный (ангобный) слой наносят пластическим способом. Целесообразность производства двухслойной ангобированной фасадной керамики обоснована тем, что в этих изделиях свыше 90% затрачиваемого на их изготовление сырья используется в стене в качестве конструкционного и теплоизоляционного материалов, а не отделочного, а дефицитное сырье (5-8%) используется только для нанесения тонкого фактурного слоя.

Составы ангобов более простые и дешевые, чем составы глазурей. Для получения ангоба используют чистые каолинитовые глины и кварцевый песок. Их тщательно измельчают в пулевых или вибрационных мельницах с добавкой красителя. Например, для получения зеленого ангоба прибавляют до 10% оксида хрома, а для получения ангоба голубого цвета - до 3% оксида кобальта. При производстве ангобированных изделий, которые имеют разные цвета, желательно иметь три-четыре емкости, в которых находятся разные по составу готовые к употреблению ангобы. Под каждым сосудом расположены деревянные подставки, которые разрешают легко транспортировать их подъемной платформой.

Особенности глазурования керамических изделий связаны со спецификой их эксплуатации и состоят в том, что слой глазури или ангоба должен быть равномерным, иметь достаточную толщину, чтобы не просматривался черепок, обладать химической стойкостью и прочностью. Для получения глазурованной поверхности на керамическое изделие наносят сметаноподобную водную суспензию глазури (шликер), высушивают изделие и опаляют в печи, при этом слой глазури на изделии расплавляется и при охлаждении застывает в виде стекловидной пленки.

Для повышения долговечности облицовки и улучшение обработки домов рекомендуется кирпич и лицевые камни обрабатывать водоотталкивающими веществами, которые снижают водопоглощение и препятствуют загрязнению. Для этих целей наиболее широко применяются искусственные материалы - силиконы. Обработка поверхности керамических материалов силиконами почти полностью исключает образование выцветов, растворение и вымывание отдельных компонентов, реакции замещения, влияние агрессивных газов SО2 и S03, которые, растворяясь в воде, действуют как кислоты.

Как красители в керамическом производстве применяют керамические пигменты и краски. Керамические пигменты получают прокаливанием солей, оксидов или гидроксидов соответствующих металлов или общим осаждением гидроксидов углекислых солей с последующим прокаливанием осадков, а также сплавлением солей и прокаливанием смеси. Керамические краски кроме жароустойчивых минеральных пигментов содержат обычно легкоплавкие стекла и глазури (флюсы) и разные добавки, которые вводят в состав красок для увеличения их стойкости и повышения интенсивности тона. По характеру применения керамические краски разделяют на надглазурные (легкоплавкие) и подглазурные (тугоплавкие). Надглазурные краски наносят в жидком состоянии на предварительно обожженные глазурованные изделия. Надглазурные краски после их обжига приобретают красивый блеск и яркие тоны, но в механическом и химическом отношениях они менее стойкие по сравнении с подглазурными. Подглазурные краски наносят на предварительно обожженные или необожженные, но хорошо высушенные изделия, которые потом покрывают прозрачной глазурью и вместе с ней опаляют. Цвет глазури получают введением в глазурь керамических пигментов. Цвет глазури после обжига, его интенсивность и оттенки цвета зависят от вида применяемого керамического красителя и его количества, введенного в глазурь.

С целью маскирования недостатков поверхности кирпича а также предоставления поверхности более привлекательного вида применяют рифление лицевой поверхности кирпича с помощью специальной конструкции мундштука или сменных валков, которые отбивают на поверхности кирпича разнообразные декоративные элементы, узоры. Накат применяется для декорирования поверхности кирпича и как средство для маскирования дефектов формования (сухарные включения, нарушение геометрии бруса, изношенная калибровочная рамка и т.д.).

Формование двухслойного кирпича может быть использовано в тех случаях, когда необходимо получить кирпич с высокими эстетическими свойствами, более облагороженной поверхностью и лучшими визуальными характеристиками, чем при формовании с применением в технологической схеме некачественного глинистого сырья. Суть двухслойного формования кирпича заключается в том, что на ряду с некачественным дешевым сырьем используют более качественное сырье (более благородные глины, например, беложгущиеся глины). Два вида глинистого сырья проходят параллельную предварительную обработку перед пластическим формованием, т.е. готовят две керамические массы.

Еще одним способом облагораживания поверхности керамического кирпича является метод напыления на поверхность мелкозернистых материалов, как легкоплавких (гранулированные шлаки, пегматиты, легкоплавкое цветное стекло), так и тугоплавкие (руду). Офактуривать изделия можно торкретированием поверхности выкрашенными песками, стеклом, минеральной крошкой и другими материалами. Торкретируют поверхность изделий цветной минеральной крошкой с помощью агрегата СМ-686. Свежесформованные изделия проходят пропарочную камеру агрегата, в которую подается насыщенный пар под давлением 0,03-0,05 МПа, который увлажняет поверхность изделий и образовывает на ней слизистую пленку.

Исследовательская часть работы

Нами был опробован метод напыления на поверхность сырца техногенных зернистых материалов - гранулированных доменных шлаков и цветной стеклянной крошки. Эффективным оказалось напыления гранулированных шлаков на поверхность кирпича. Такой кирпич по свойствам не отличается от обычного, однако имеет красивые визуальные характеристики и может быть использован как декоративный элемент в кладке домов и сооружений.

Напыление цветных стекол дало желаемый декоративный эффект поверхности кирпича, но его эстетические характеристики оказались не совсем удовлетворительными.

Совершенно удивительный результат получили при использовании в качестве покрытия шликера, приготовленного из молотого желтого стекла с добавлением к нему 5% красного стекла. При нанесении такого покрытия на обожженный образец с последующим обжигом при температуре 1050 оС получили яркое стекловидное покрытие красно-бордового цвета представленного в виде леопардового узора. При нанесении шликера такого же состава на стадии формовки получили покрытие, в цветовой гамме которого доминировал темно-бордовый цвет. А при введении в данный состав покрытия определенного количества глины окраска поверхности темнеет вплоть до черной. Следующий интересный состав получен при добавлении в глухую белую глазурь желтых и красных молотых стекол с последующим их нетщательным перемешиванием. В результате получено покрытие, создающее эффект мраморной поверхности. При использовании в качестве покрытия шликера, приготовленного при смешении бесцветной фритты, глины и цветных молотых стекол, получили покрытия с окраской и текстурой, напоминающими природный камень.

Также был опробован метод декорирования повехности кирпича нанесением рисунков тонким слоем каолина на сырец штамповым способом. Получен удовлетворительный декоративный эффект. Однако необходимо строго соблюдать толщину каолинового слоя наносимого на поверхность кирпича.

Очень эффективным оказалось применение перлитов для декоративного облагораживания кирпича. Нами были разработаны различные составы покрытий, включающих перлит, цветной стеклобой, глину, желтый пигмент и другие компоненты. В результате получили покрытия с декоративными свойствами на несколько порядков превышающих привлекательность обычного кирпича Перлит был использован различных составов, и наиболее положительные результаты были получены при использовании перлита с более высоким содержанием мусковита. Очень важно обеспечить прочную связь слоя покрытия с поверхностью кирпича после обжига, для чего необходимо подобрать составы покрытий таким образом, чтобы значения линейных коэффициентов термического расширения покрытия и керамического черепка были близки по значению.

Все разработанные составы покрытий для облагораживания керамического кирпича обеспечивают необходимые прочностные характеристики, нетоксичны и придают кирпичу высокие эстетико-декоративные свойства. Немаловажным является и тот факт, что чем дешевле и доступнее сырье, тем более будет заинтересован в его применении производитель.

Дальнейшая исследовательская работа предполагает более тщательное изучение возможности применения перлитов с целью облагораживания поверхности керамического кирпича. Так как перлиты были использованы впервые в качестве основного компонента облагораживающих покрытий кирпича, то планируется продолжить дальнейшую разработку составов перлитовых покрытий с целью их совершенствования и достижения максимально положительного результата.

Список литературы

1. Канаев В. К. Новая технология строительной керамики.- М.: Стройиздат, 1990.- 264 с.

2. Швайка Д. И. Справочник мастера по производству стеновой керамики.- К.: Будівельник, 1990.- 184 с.

3. Крупа А. А., Городов В. С. Химическая технология керамических материалов.-К.: В. ш., 1990.- 399 с.

4. Мороз И. И. Технология строительной керамики.- К.: В. ш., 1980.- 384 с.

5. Августиник А. И. Керамика.- Л.: Стройиздат, 1975.- 592 с.

6. Сайбулатов С. Ж. Производство керамического кирпича.- М.: Стройиздат, 1990.- 200 с.

7. Зорохович В. С., Шукуров Е. Д. Производство кирпича.- Л.: Стройиздат, 1988.-232 c.

8. Кошляк Л. Л., Малиновский В. В. Производство изделий строительной керамики.- М.: В. ш., 1990.- 207 с.

9. Химическая технология керамики и огнеупоров / Под ред. П. П. Будникова.- М.: Стройиздат, 1972.- 552 с.

10. Технологические инструкции завода « Керамик », Мариуполь, 1995.- 56 с.

11. Технологические условия и нормативы по производству строительного кирпича сухим прессованием.- К.: Издательство архитектуры, 1952.- 22 с

Наверх