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 последующим оштукатуриванием.

Лицевой кирпич — однородного цвета, имеет две гладкие, ровные лицевые поверхности (тычок и ложок), используется для декоративной отделки интерьера и экстерьера.

Технология изготовления силикатного кирпича известна давно.

Долгое время известь не находила применения в изготовлении прочных и водостойких искусственных каменных изделий, так как в естественных условиях известь твердеет очень медленно, изделия на ее основе имеют небольшую прочность (1–2 МПа) 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 C могут быть получены очень прочные, водостойкие и долговечные изделия. В настоящее время силикатное производство — одна из наиболее развитых отраслей промышленности строительных материалов.

Суть превращения известково-песчаной смеси из легкоразмокающего и малопрочного материала в долговечный 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: испарение влаги и карбонизация 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 счет замены части рецептурного кварцевого песка на механоактивированный кварцевый песок, который создает 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 негашеной, частично загашенной или гашеной гидратной. Известь должна характеризоваться быстрым гашением и должна содержать не более 5 % MgO для сохранения равномерности изменения объема.

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 пережженных 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 быть более 0,5 %.

Органические примеси вызывают вспучивание и также понижают прочность изделий.

Содержание в песке сернистых примесей должно быть не более 1 % в пересчете на SO3. Равномерно распределенные глинистые примеси допускаются в количестве не более 10 %; при таком содержании они даже несколько повышают удобоукладываемость смеси. Крупные включения глины в песке недопустимы, так как они снижают качество изделий.

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

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

При барабанном способе песок и тонкомолотая негашеная известь, получаемая измельчением в шаровой мельнице комовой извести, поступают в отдельные бункеры над гасильным барабаном. Из бункеров песок, дозируемый по объему, и известь, дозируемая 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, то есть 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, обеспечивающим 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 C 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 выдерживают это давление 6–8 ч. Давление пара поднимают и снижают в течение 1,5 ч. Цикл запаривания продолжается 10–14 ч.

Силикатный кирпич выпускают размером 250 × 120 × 65 мм; марки — М75, 100, 125, 150 и 200; водопоглощение 8–16 %; коэффициент теплопроводности 0,70–0,75 Вт/м∙C; объемная масса 1800–1900 кг/м3, морозостойкость Мрз15–50.

Первое производство силикатного кирпича было основано в конце XIX в. в Германии. В России первые заводы были запущены в начале XX в. С годами улучшались качественные и количественные показатели по изготовлению силикатного кирпича, что является заслугой ученых, работавших в области производства вяжущих веществ и строительных материалов.

Силикатные камни и кирпич 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 250 × 120 × 65 или 250 × 120 × 88 мм, а полуторный — 250 × 120 × 103 мм.

По объемному весу (брутто) пустотелый кирпич разделяется на два класса: Б — с объемным весом до 1300 кг/м3, В — с объемным весом 1300–1450 кг/м3. У пятистенного кирпича объемный вес брутто не должен превышать 1500 кг/м3. 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

Несомненное преимущество силикатного кирпича перед керамическим состоит в повышенных звукоизоляционных характеристиках, что является немаловажным фактором 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, чем глиняного.

Силикатный кирпич может быть полнотелым и пустотелым. Пустотелый кирпич более легкий, и за счет 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 трудозатраты, снизить материалоемкость, ускорить темпы строительства и удешевить его.

Водостойкость силикатного кирпича ниже, чем у красного (керамического), поэтому и в универсальности применения он ему уступает. Силикатный кирпич хорошо использовать при кладке несущих стен и различных перегородок, но категорически запрещено применять его при закладке фундамента, кладке печей, каминов, труб, цоколей и т. д.

Одним из источников брака силикатного кирпича (трещины, половняк, отбитости) является некорректная транспортировка и выгрузка кирпича.

Оптимальным 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), либо нужно упаковать его в полиэтиленовую пленку.

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

Новый виток развития силикатного кирпича дало применение различных технологий его окрашивания щелочестойкими пигментами. В 2001 г. 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 А. Д. Лямзаевой. В испытаниях использовали неорганические пигменты производства Шанхайского пигментного завода, поставляемые китайской фирмой «Дахуа». Силикатный кирпич готовили из песка (87,49 %), извести (11,66 %) и красящих добавок.

В качестве красящих добавок были использованы следующие марки неорганических пигментов: красные S 190, S 130 (табл. 2), оранжевый S 960 (табл. 3), желтый S 313 (табл. 4), зеленый S 5605 (табл. 5), коричневый S 686 (табл. 7), черный S 722 (табл. 8). Для получения голубого силикатного кирпича использовали органический пигмент голубой фталоцианиновый в количестве 0,5 %. (табл. 6).

Таблица 2. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация ISO 1248 — красная окись железа пигментная

Таблица 3. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация ISO 1248 — желтая окись железа пигментная (оттенок персиковый).

Таблица 4. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация ISO 1248 — желтая окись железа пигментная

Таблица 5. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация синтетический пигмент — продукт помола желтого железоокисного пигмента (90 %) и голубого фталоцианинового пигмента (10 %)

Таблица 6. Классификация на синтетический пигмент голубой фталоцианиновый пигмент Ph 15:3, ГОСТ 6220-76.

Таблица 7. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация ISO 1248 — коричневая окись железа пигментная

Таблица 8. Контрольный сертификат производителя Shanghai Yipin International Pigments Co., Ltd. Классификация ISO 1248- черная окись железа пигментная

Введение пигментов позволило получить кирпич практически любого цвета, входящего в палитру 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 C 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; 1,5 и 2.

Характеристики декоративного силикатного кирпича:

• средняя плотность 1300 кг/м3,
• предел прочности при сжатии 17,5–20 МПа,
• морозостойкость 35 циклов,
• максимальная температура применения 550 C,
• водостойкость несколько ниже, чем у керамического кирпича,
• водопоглощение 10–12 %,
• теплопроводность 0,92 Вт/м∙C,
• масса (справочно) 3,5–3,7 кг,
• геометрические размеры 250 × 120 × 65 мм,

– удельная эффективная активность природных радионуклидов 62 Бк/кг.

Теплопроводность кирпича силикатного эффективного (с пирамидальными пустотами) снижена на 30 % по сравнению с обычными марками силикатного кирпича и составляет 0,65 Вт//м∙C, что практически совпадает с теплопроводностью стандартных марок керамического кирпича (0,65 Вт/м∙C), при цене почти в 3 раза ниже оптовой цены на стандартный строительный керамический кирпич.

Характеристики эффективного силикатного кирпича:

• прочность на сжатие 150 кгс/см2 (М150),
• морозостойкость 25 циклов,
• водопоглощение 10–12 %,
• теплопроводность 0,65 Вт/ м∙C,
• масса (справочно) 3,2 кг,
• геометрические размеры 250 × 120 × 65 мм,
• удельная эффективная активность природных радионуклидов 62 Бк/кг.

Кирпич силикатный облицовочный фактурный «антик» используется в качестве облицовочного материала для создания эффекта «старый зáмок». 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.

Характеристики силикатного облицовочного фактурного кирпича «антик»:

• прочность на сжатие 150 кгс/см2 (М-150),
• морозостойкость свыше 50 циклов,
• водопоглощение 8 %,
• теплопроводность 0,92 Вт/ м∙C,
• масса (справочно) 4,45 кг с обколом ложковой грани; 4,15 кг с обколом тычковой грани),
• геометрические размеры 250 × 120 × 65 мм
• удельная эффективная активность природных радионуклидов 62 Бк/кг.

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.

Таблица 9. Результаты окрашивания силикатной массы неорганическими пигментами производства КНР

В практике происходили случаи негативного опыта. Для строительства мечети начали делать большую партию цветного силикатного кирпича зеленого цвета с применением пигмента марки S 5605. Кирпич из автоклава выходил зеленого 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 — щелочестойкость и светостойкость, и в высокощелочной среде (pH14) пигмент обесцвечивался.

В итоге фирме «Дахуа» пришлось реализовывать 20 т зеленого пигмента другим потребителям. Продать удалось немного. Фирма понесла убытки и отказалась от поставок пигментов.

Особое внимание следует уделить составлению контрактов на поставку пигментов, в которых, наряду с общеизвестными базовыми показателями качества, должны быть указаны и гарантированы специальные свойства пигментов — щелочестойкость и светостойкость. Только тогда при несоответствии пигментов указанным характеристикам потребитель сможет отстоять свои права.

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 счет финансовой поддержки государства. Цена на них в Москве была ниже себестоимости российских пигментов аналогичных цветов. Наши производители разработали цветовой ассортимент собственной продукции при окрашивании китайскими пигментами.

Прошло 10 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, так как не хотят повторять многодельные лабораторные исследования. Кроме того, потребители окрашенной продукции склонны покупать продукцию привычных оттенков.

Вопрос приобретения качественных пигментов на российском рынке остается открытым!

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

Большáя часть высолов смывается дождями через год-два. Удалить их можно следующими средствами: раствор уксусной кислоты, 5%-ный раствор соляной кислоты или раствор нашатырного спирта (пузырек на ведро воды).

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

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

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

В. П. Кузьмина, к. т. н.