ОКРАШИВАНИЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА, ЗАПАРИВАЕМОГО В АВТОКЛАВЕ

Силикатный кирпич - один из самых распространенных материалов, традиционно используемых при возведении зданий и сооружений. Технология кирпичной кладки представляет архитекторам и дизайнерам неограниченные возможности для воплощения творческих замыслов. Обеспечивая надежную защиту от воздействия внешних факторов, обладая высокой огнестойкостью и сравнительно низкой теплопроводностью, кирпич предопределяет высокий уровень безопасности и комфорта как жилых, так и промышленных зданий. По назначению кирпич делится на строительный и лицевой (облицовочный, фасадный).  Строительный кирпич используется для внутренних рядов кладки или для внешних рядов, но с последующей штукатуркой.

Лицевой кирпич – однородного цвета, имеет две гладкие, ровные лицевые поверхности (так называемые «тычок» и «ложок»). Он используется для декоративной отделки интерьера и экстерьера.

Технология изготовления силикатного кирпича известна давно.

Использование извести для получения прочных и водостойких искусственных каменных изделий долгое время не находило применения, так как в естественных условиях известь твердеет очень медленно, изделия па ее основе имеют небольшую прочность (1— 2МПа) и легко размокают при действии воды.

Однако в 1880 г . было установлено, что при автоклавной обработке известково-песчаных смесей при давлении пара 0,8 МПа и температуре выше 170° С могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные изделия. В настоящее время силикатная промышленность — одна из наиболее развитых отраслей промышленности строительных материалов.

Сущность превращения известково-песчаной смеси из легкоразмокающего и малопрочного материала, в прочный и водостойкий камень заключается в следующем. При естественных условиях песок в известково-песчаных смесях инертен и не способен химически взаимодействовать с известью. В результате этого приобретение прочности известково-песчаными растворами в естественных условиях достигается главным образом за счет твердения извести. Процесс твердения извести складывается из двух одновременных процессов: испарения влаги и карбонизации извести углекислым газом воздуха.

Только применение высокой температуры и давления при запаривании в автоклаве позволяет реализовать процесс твердения извести по другой схеме. В автоклаве кварцевый песок приобретает химическую активность, вступает в химическую реакцию с известью с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, как  при твердении цемента. Этот процесс можно значительно активировать за счёт замены части рецептурного кварцевого песка на механоактивированный кварцевый песок, который создаёт химически-активные центры кристаллизации при твердении силикатного кирпича в автоклаве. Это позволит сократит время запаривания изделий.

Из известково-песчаных смесей изготовляют крупноразмерные изделия для сборного строительства — блоки и панели для стен и перекрытий, а также штучные изделия — силикатный кирпич и камни для стен.

Материалами для изготовления силикатного кирпича являются воздушная известь и кварцевый песок. Известь применяют в виде молотой негашёной, частично загашенной или гашёной гидратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и должна содержать не более 5% MgO для сохранения равномерности изменения объёма.

Пережог замедляет скорость гашения извести и даже вызывает появление в изделиях трещин, вспучиваний и других дефектов. Для производства автоклавных силикатных изделий известь должна содержать минимальное количество пережжённых частиц.

Кварцевый песок в производстве силикатных изделий применяют немолотый или в виде смеси немолотого и тонкомолотого, а также грубомолотого с содержанием кремнезема не менее 70%.

Наличие примесей в песке отрицательно влияет на качество изделий: слюда понижает прочность, и ее содержание в песке не должно превышать 0,5%.

Органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность изделий.

Содержание в песке сернистых примесей должно быть не более 1,0 % в пересчете на S03. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10%; при таком содержании они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке не допускаются, так как снижают качество изделий.

Примерный состав известково-песчаной смеси для изготовления силикатного кирпича следующий: 92—95% чистого кварцевого песка, 5—8% воздушной извести и примерно 7% воды.

Производство силикатного кирпича осуществляют двумя способами: барабанным и силосным, отличающимися приготовлением известково-песчаной смеси.

При барабанном способе песок и тонкомолотая негашёная известь, получаемая измельчением в шаровой мельнице комовой извести, поступают в отдельные бункера над гасильным барабаном. Из бункеров песок, дозируемый по объему, а известь— по массе, периодически загружаются в гасильный барабан. Последний герметически закрывают и под давлением острого пара 0,15—0,2 МПа происходит гашение извести при непрерывно вращающемся барабане. Процесс гашения извести длится до 40 мин.

При силосном способе предварительно перемешанную и увлажненную массу направляют для гашения в силосы. Гашение в силосах происходит 7—12 ч, т. е. в 10 — 15 раз продолжительнее, чем в барабанах, что является существенным недостатком силосного способа. Хорошо загашенную в барабане или силосе известково-песчаную массу подают в лопастную или стержневую мешалку, или на бегуны для дополнительного увлажнения, перемешивания, окрашивания и далее на прессование.

Прессование кирпича производят на механических прессах под давлением до 15—20 МПа, обеспечивающем получение плотного и прочного кирпича. Отформованный сырец укладывают на вагонетку, которую направляют в автоклав для твердения.

Автоклав представляет собой стальной цилиндр диаметром 2 м и более, длиной до 20 м , с торцов герметически закрывающийся крышками. С повышением температуры ускоряется реакция между известью и песком, и при температуре 174° С она протекает в течение 8—10 ч. Быстрое твердение происходит не только при высокой температуре, но и высокой влажности, для этого в автоклав пускают пар давлением до 0,8 МПа и это давление выдерживают 6—8 ч. Давление пара поднимают и снижают в течение 1,5 ч. Цикл запаривания продолжается 10—14 ч.

Силикатный кирпич выпускают размером 250X120x65 мм; марок — М75, 100 и 125, 150 и 200; водопоглощением — 8—16%; коэффициентом теплопроводности — 0,70—0,75 Вт/м -°С; объемной массой — 1800—1900 кг/м3; морозостойкостью от Мрз 15 до Мрз 50.

Первое производство силикатного кирпича было основано в конце XIX века в Германии. В России первые заводы были запущены в начале XX века.

С годами улучшались качественные и количественные показатели по производству силикатного кирпича, благодаря ученым, работающим в области производства вяжущих веществ и строительных материалов.

Силикатный кирпич и камни используются для кладки несущих стен, их облицовки, и облицовки стен из других материалов, а также для реконструкции жилых и общественных зданий. Кирпич строительный пустотелый изготовляют со сквозными (дырчатыми) или несквозными (пятистенный) пустотами, расположенными перпендикулярно постелям. Кирпич одинарный имеет размеры 250x120х65 или 250х120x88 мм, а полуторный - 250x120x103 мм.

По объемному весу (брутто) пустотелый кирпич разделяется на два класса: Б - с объемным весом до 1300 кг/куб.м, В - с объемным весом 1300 - 1450 кг/куб.м. У пятистенного кирпича объемный вес брутто не должен превышать 1500 кг/куб.м. Водопоглощение пустотелого кирпича не менее 6% (по весу), а морозостойкость не менее 15 циклов.

В кладке из пятистенного кирпича не образуется вертикальных отверстий, а имеющиеся замкнутые пустоты улучшают теплозащитные свойства кладки. Кирпич дырчатый и пятистенный применяют наравне с обыкновенным. Не допускается применение дырчатого кирпича для кладки фундаментов и подземных частей стен, печей и дымовых каналов.

Таблица 1. Усредненный расход полуторного кирпича и раствора на 1 м2 кирпичной кладки при различной толщине стены.

Несомненный плюс силикатного кирпича перед керамическим состоит в его повышенных звукоизоляционных характеристиках, что является немаловажным при возведении межквартирных или межкомнатных стен.

По технико-экономическим показателям силикатный кирпич превосходит кирпич глиняный. На его производство требуется в 2 раза меньше топлива, в 3 раза меньше электроэнергии, в 2,5 раза меньше трудоемкости производства; в конечном итоге себестоимость силикатного кирпича оказывается на 25—35% ниже глиняного.

Силикатный кирпич может быть полнотелым и пустотелым. Пустотелый кирпич более легкий и за счёт этого снижается давление на фундамент. К тому же он обладает меньшей теплопроводностью, поэтому стены из такого кирпича можно делать тоньше без ущерба для теплоизоляционных характеристик. Применение кирпича с пустотами дает возможность вести строительство обычным способом при улучшении теплотехнических свойств, уменьшить его трудозатраты, снизить материалоемкость, ускорить темпы строительства и удешевить его.

Водостойкость силикатного кирпича ниже, чем у керамического. Поэтому и в универсальности применения он красному (керамическому) уступает. Силикатный кирпич хорошо использовать при кладке несущих стен и различных перегородок, но категорически запрещено применять его при закладке фундамента, класть печи, камины, трубы, цоколи и т.д.

Одним из реальных источников брака силикатного кирпича (трещин, половняка, отбитостей) является некорректная транспортировка и выгрузка кирпича. Некондиция при такой транспортировке увеличивается от начального объёма.

«Цивилизованным» способом является перевозка кирпича на поддонах. По согласованию с потребителем кирпич отгружается на деревянных поддонах, с обвязкой полимерной лентой, а также упаковывается в полиэтиленовую пленку. Хранение кирпича желательно осуществлять под навесом (чтобы исключить прямое попадание атмосферных осадков), или упаковывать в полиэтиленовую плёнку.

Цены на силикатный кирпич зависят в первую очередь от его технических характеристик, а значит от качества. Поэтому, покупая кирпич, всегда интересуйтесь лицензией продавца, ведь качественный кирпич не только обеспечит хороший внешний вид здания через несколько лет, но и его безопасность, а также прочность.

 Новый виток развития силикатного кирпича дало применение различных технологий его окрашивания в массе щёлочестойкими пигментами. В 2001 году ЗАО «Саратовский завод строительных материалов» начал масштабное освоение производства цветного силикатного кирпича. В связи с этим были выполнены многочисленные эксперименты по оптимизации количества и технологии окрашивания пигментами силикатного кирпича, запариваемого в автоклаве.

Эксперименты были выполнены на производственных мощностях ЗАО «Саратовский завод строительных материалов» под руководством главного технолога завода Лямзаевой А.Д.  В экспериментах использовали неорганические пигменты производства Шанхайского пигментного завода, поставляемые китайской фирмой «Дахуа». Силикатный кирпич – готовили из песка 87,49%  и  извести 11.66% и красящих добавок.

В качестве красящих добавок были использованы следующие марки неорганических пигментов: красные S 190, S 130 (см. табл.2), оранжевый S 960 (см. табл.3),  жёлтый S 313 (см. табл.4), зелёный S 5605 (см. табл. 5),  коричневый S 686 (см. табл. 7), чёрный S 722 (табл. 8).

Для получения голубого силикатного кирпича использовали органический пигмент – голубой фталоцианиновый в количестве 0,5 %. (см. табл.6).

Табл. 2 Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD.  Классификация ISO 1248 - красная окись железа пигментная.

Введение пигментов позволило получить силикатный кирпич практически любого цвета, характерного для неорганических пигментов.

Силикатный кирпич готовился методом полусухого прессования из рационально подобранной смеси кварцевого песка, воздушной извести и воды. Известково-песчаную смесь готовили в стержневом смесителе, производительностью 20 т/ч, куда и вводили пигменты в порошкообразном состоянии. Отформованный кирпич подвергался автоклавной обработке - воздействию насыщенного водяного пара при t = 185°С и давлении пара 9 атм. В результате синтеза гидросиликатов кальция образовался прочный

искусственный камень. Цветной силикатный кирпич получали путем добавления в массу атмосферостойких щелочестойких неорганических пигментов в количестве, масс. %: 0,5; 0,85: 1,0; 1,5 и 2,0.

Табл. 3  Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD. Классификация ISO 1248 – жёлтая окись железа пигментная, (оттенок персиковый).

Технические свойства декоративного силикатного кирпича:

• средняя плотность 1300 кг/куб.м;
• предел прочности при сжатии 17,5-20 Мпа;
• морозостойкость 35 циклов;
• максимальная температура применения 550°С;
• водостойкость несколько ниже, чем у керамического кирпича;
• водопоглощение 10-12%;
• теплопроводность 0,92 Вт/м С°;
• масса (справочно) 3,5-3,7 кг;
• геометрические размеры 250x120x65 мм;
• удельная эффективная активность природных радионуклидов 62,0 БК/кг.

Табл. 4  Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD. Классификация ISO 1248 - жёлтая окись железа пигментная

Кирпич силикатный эффективный (с пирамидальными пустотами)

Теплопроводность эффективного кирпича снижена на 30% по сравнению с обычными марками силикатного кирпича и составляет 0,65 Вт/м С°, что практически совпадает с теплопроводностью стандартных марок керамического кирпича (0,65 Вт/м С°), при цене практически в три раза ниже оптовой цены на стандартный строительный керамический кирпич.

Прочность на сжатие 150 кгс/см2 (М-150). Морозостойкость 25 циклов.

Водопоглощение 10-12%. Теплопроводность 0,65 Вт/м С°. Масса (справочно) 3,2 кг.

Геометрические размеры 250x120x65 мм. Удельная эффективная активность природных радионуклидов 62,0 БК/кг.

Табл. 5  Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD.  Классификация синтетический пигмент – продукт помола жёлтого железоокисного пигмента (90%) и голубого фталоцианинового пигмента (10%).

Кирпич силикатный облицовочный фактурный "антик"

Фактурный кирпич используется в качестве облицовочного материала, создавая эффект «старого замка» построенным из него зданиям. Путем добавления красителя в замешиваемую массу, изготавливают объемно окрашенный фактурный кирпич. Основные цвета: желтый, коричневый, розовый, салатный, синий. Возможно получение множества оттенков основных цветов путем смешения различных пигментов.

Кирпич силикатный облицовочный фактурный "антик"  выпускается со следующими техническими характеристиками:

Прочность на сжатие 150 кгс/кв.см (М-150). Морозостойкость свыше 50 циклов.

Водопоглощение 8%. Теплопроводность 0,92 Вт/м С°. Масса (справочно) 4,45 кг

(с обколом ложковой грани).  4,15 кг (с обколом тычковой грани).

Геометрические размеры 250x120x65 мм. Удельная эффективная активность природных радионуклидов 62,0 БК/кг.

Табл. 6  Классификация синтетический пигмент  - голубой фталоцианиновый пигмент

Ph 15:3 ГОСТ 6220-76.

*) Вещество умеренно опасное 3-его класса опасности по ГОСТ 12.1.007-76. ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3. Осевшая пыль пожароопасна. Средство тушения - тонкораспылённая вода. Ттления = 234◦С,  Тсамовоспламенения аэрогеля =447◦С,

Нижний концентрационный предел самовоспламенения – 10,4 г/м3

Табл. 7  Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD. Классификация ISO 1248 - коричневая окись железа пигментная

Табл. 8  Контрольный сертификат производителя SANGHAI YIPIN INTERNATIONAL PIGMENTS,Co. LTD. Классификация ISO 1248- черная окись железа пигментная

Таблица 9 Результаты окрашивания силикатной массы неорганическими пигментами производства КНР

На основании результатов промышленного окрашивания силикатного кирпича (табл. 9) было установлено, что цвет известково-силикатной массы  не всегда сохраняется после запаривания в автоклаве. Это подтверждает необходимость применения только эталонированных пигментов с высокой красящей способностью в высокощелочной среде.

Не обошлось без горького опыта. Для строительства мечети начали делать большую партию цветного силикатного кирпича зелёного цвета с применением пигмента марки S 5605.

Кирпич из автоклава выходил зелёного цвета, а на стройке и в складе обесцвечивался прямо на глазах!

В договоре с китайским заводом на поставку пигмента не были гарантированы специальные свойства пигмента – щёлочестойкость и светостойкость. В результате в высокощелочной среде (рН 14), пигмент обесцвечивался! При поставках пигментов с гарантированными специальными свойствами цена на пигмент значительно выше.

В результате фирме «Дахуа» пришлось реализовывать двадцать тонн зелёного пигмента другим потребителям. Продать удалось немного. Фирма разорилась и отказалась от поставок пигментов.

Следует обратить особое внимание на составление контрактов на поставку пигментов, в которых наряду с общеизвестными базовыми показателями качества пигментов, должны быть указаны и гарантированы специальные свойства пигментов: щёлочестойкость и светостойкость. Только тогда при несоответствии пигментов указанным характеристикам, потребитель сможет отстоять свои права на получение качественных пигментов.

Китайские производители пигментов прочно завоевали свои позиции по поставкам пигментов на российский рынок. При входе на рынок китайские эталонированные пигменты высокого качества продавались по низкой цене, за счёт финансовой поддержки государства. Цена на китайские пигменты в Москве была ниже себестоимости российских пигментов аналогичных цветов. Наши производители разработали цветовой ассортимент собственной продукции при окрашивании китайскими пигментами.

Прошло десять лет после входа китайских пигментов на российский рынок. Ситуация  изменилась в корне. Рынок заполонили китайские пигменты с провинциальных заводов, аналогичные  по качеству российским пигментам, а закупочные цены на них поднялись! В результате наши производители по инерции используют китайские пигменты, т.к. не хотят повторять многодельные лабораторные исследования. Кроме того, потребители окрашенной продукции склонны покупать продукцию привычных оттенков.

Вопрос приобретения качественных пигментов на российском рынке остаётся открытым!

 Другой болевой точкой технологии получения цветного силикатного кирпича является высолообразование.  Высолы проявляются уже на кирпичных стенах в виде белых пятен и разводов. Образуются высолы в результате миграции солей из кладочного раствора, кирпича, грунтовых вод и даже воздуха. 

Большая часть высолов смывается дождями через год-два. Высолы можно удалить следующими средствами: раствором уксусной кислоты, 5-процентным раствором соляной кислоты или раствором нашатырного спирта (пузырек на ведро воды). 

После такой обработки высохшие стены рекомендуется покрыть прозрачным водоразбавляемым щёлочестойким акриловым лаком.

Несмотря на трудности становления, технология изготовления цветного силикатного кирпича запариванием в автоклаве нашла своё широкое применение и признательность покупателей. Появилась новая тенденция укладки цветного кирпича на цветные кладочные растворы.

Здания из цветного кирпича выглядят красиво, значит, технология будет развиваться дальше.

 В.П. КУЗЬМИНА, канд. техн. наук, генеральный директор ООО «Колорит-Механохимия» (Москва)