Особенности свойств, применение и требования к клинкерному кирпичу

УДК 691.421

В.Д. КОТЛЯР, д-р техн. наук

Ростовский государственный строительный университет

Особенности свойств, применение и требования к клинкерному кирпичу

Показана значимость введения отдельных стандартов на строительный и дорожный клинкерный кирпич ввиду особенностей их использования. Приводятся основные группы факторов, обосновывающие необходимость разработки нормативных документов: область применения клинкерного кирпича, требования к соотношению обеспечения марки изделий по сжатию и изгибу, разделение клинкерного кирпича на две группы по водопоглощению, требования к кладочным растворам, разработка классификации по формам и размерам. Обозначаются проблемы современных методов испытаний клинкерных изделий на морозостойкость. Обосновывается, что введение отдельных нормативных документов на строительный и дорожный клинкерный кирпич повысит спрос и расширит области применения данных видов изделий дизайнерами, архитекторами, проектировщиками и строителями. Предлагается создание рабочей группы по разработке предлагаемых нормативных документов и организация дальнейшего широкого публичного обсуждения предложенных вариантов стандартов.

Ключевые слова: клинкерный кирпич, стандарт, применение, прочность, водопоглощение, морозостойкость.

V.D. KOTLYAR, Doctor of Science

Rostov State University of Civil Engineering

Features of Properties, Application and Requirements for Clinker Brick

There shown an importance of introducing certain standards of building and paving brick in terms of peculiarities of their usage. The main groups of factors conditioning the necessity of the development of governing documents are stated: the field of arch brick usage, demands for providing the brand of the products according to the compressive and bending, dividing the arch brick into two groups according to the absorption of water, demands for brick mortar, development of classification according to shape and size. The problems of modern methods of testing clinker products for frost resistance. It is proved that the introduction of separate regulations on the building and paving brick will increase demand and expand the scope of the application of such products by designers, architects, and builders. It is proposed to establish a working group to develop proposed regulations and the organization of further public discussion of the proposed versions of the standards.

Keywords: olinker, standard, application, strength, water absorption, frost resistance.

В 2012 г. был введен новый государственный стандарт для изделий стеновой керамики — ГОСТ 530—2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» [1]. Особым прогрессом и достижением данного нормативного документа было введение понятия «кирпич клинкерный» и обозначение требований к нему. Согласно ГОСТ 530—2012 клинкерный кирпич характеризуется как изделие, имеющее высокую прочность и низкое водопоглощение, обеспечивающее эксплуатационные характеристики кладки в сильноагрессивной среде и выполняющее функции декоративного материала. В большинстве случаев в России клинкерный кирпич позиционируется как новый вид керамики, обладающей особыми свойствами. Однако данный вид керамики известен давно, но в силу особых причин развития подотрасли стеновой керамики в нашей стране, в период с 1955 г. до середины 1990-х гг. клинкерный кирпич вообще не производился [2, 3]. Еще в середине XVIII в. весь производимый кирпич в России классифицировался на несколько видов. Основным видом был красный («городовой») кирпич. Более темный, сильно обожженный «полужелезняк» и «железняк» применялся для кладки наружной версты стен, цоколей и ступеней, водоводов и т. д.; «алый» печной кирпич шел на утепление перекрытий, кладку дымоходов и боровов; «кирпич-пережог» — на фундаменты; облегченный и маломерный (25,5x12,1x5,5 см) — на своды. «Полужелезняк» и «железняк» по своим свойствам и являлся собственно клинкерным кирпичом, занимая свою нишу в строительстве [4].

В последние годы потребление клинкерного кирпича в России постоянно увеличивается: проектировщики, строители, реставраторы все чаще используют именно его для реализации поставленных целей и задач. И широ-

кий спрос на данный материал удовлетворялся только за счет поставок из европейских стран. Знаковым событием стал запуск в 2013 г. первой в России технологической линии по производству клинкерного кирпича на Никольском кирпичном заводе Группы ЛСР в Ленинградской области с проектной мощностью 22,5 млн шт. усл. кирпича [5, 6]. Спроектированы и проектируются новые технологические линии по производству клинкерного кирпича еще на нескольких крупных предприятиях отрасли. Ведутся работы по модернизации технологических линий для выпуска клинкерного кирпича.

Проведенный анализ показал, что в настоящее время существует несколько факторов, определяющих или сдерживающих развитие данного вида керамических изделий: сырьевая база, технологии производства, проектные решения, нормативно-техническая документация. Тесное сотрудничество с архитекторами, проектировщиками, строителями, производителями изделий стеновой керамики, участие в различных арбитражных делах и т. д., позволили авторам сделать вывод, что существующая нормативно-техническая база для керамических изделий не охватывает весь ассортимент продукции, области и особенности применения, не учитывает современные методики испытаний.

Выделено несколько важных моментов, которые тесно связаны между собой и являются серьезными сдерживающими факторами для увеличения производства и применения клинкерного кирпича в строительстве.

1. Термин «клинкерный кирпич» исторически имеет широкое понятие, что предопределяет и многообразие определений данного материала. Для практического применения необходимо четкое разделение понятий «строительный клинкерный кирпич» и «дорожный

Ceramic building materials

Разрушение кирпича в кладке при замерзании воды в пустотах

клинкерный кирпич». В ГОСТ 530—2012 указывается, что клинкерный кирпич применяется для кладки фундаментов, сводов, стен, подверженных большой нагрузке, для возведения подпорных стен, колонн, парапетов, для наружных стен помещений с влажным режимом, для использования в системе канализации, дымовых трубах, вентиляционных каналах и т. п. Однако о дорожном строительстве ничего не говорится, хотя на практике часто возникают вопросы именно о применении клинкерного кирпича для устройства тротуаров, дорожек, дворовых проездов и т. д. Безусловно, дорожный клинкерный кирпич должен быть полнотелым, обладать своим размерным рядом, формами, физико-механическими свойствами и поэтому необходим нормативный документ, регламентирующий требования к данному виду изделий. По информации из различных источников, на долю дорожного клинкера в 2014 г. приходилось около четверти от общего объема реализации клинкерных изделий [7].

2. Необходимо более четко и широко обозначить области применения клинкерного кирпича в зависимости от его вида, в частности полнотелый кирпич или пустотелый, а также расширить понятие «агрессивная среда». В ГОСТ 530—2012 указывается, что клинкерный кирпич обеспечивает эксплуатационные характеристики кладки в сильноагрессивной среде, и кладка при этом подвергается постоянному насыщению водой в результате воздействия совокупности неблагоприятных природных и (или) искусственных факторов и одновременно частому замораживанию и оттаиванию при отсутствии эффективной защиты. Однако на практике часто приходится сталкиваться со случаями, когда разрушение кладки происходит не из-за кирпича — обычного или клинкерного, а по другим причинам. Поэтому необходимо указывать, что сам клинкерный кирпич не разрушается в сильноагрессивной среде. Также приходится сталкиваться со случаями разрушения пустотелого кирпича при насыщении водой и замораживании в условиях, когда вода накапливается в пустотах. Происходит это как за счет прямого насыщения, так и за счет конденсации при определенных условиях. Понятно, что при попадании воды в пустоты и ее замерзании никакой прочности не хватит для предотвращения разрушения, происходит отслоение и выпадение части кирпича по границе пустотности (см. рисунок).

3. Наблюдается явная диспропорция для клинкерного кирпича в плане требований по пределу прочности при сжатии и изгибе. Так, предел прочности при сжатии должен быть от 30 до 100 МПа, соответственно и марки кирпича от М300 до М1000, а предел прочности при изгибе просто больше 4,4 МПа для полнотелого кирпича и 2,9 МПа для пустотелого. На практике клинкерный кирпич имеет предел прочности при изгибе до 30 и даже до 40 МПа. Также бывают случаи, когда предел прочности при изгибе за счет скрытых или явных трещин и других

дефектов невелик. И конечно, когда предел прочности при сжатии от низшей до высшей марки кирпича увеличивается в десять раз, а предел прочности при изгибе — в два раза, это не соответствует объективным требованиям. Необходимо пропорционально повысить требования к пределу прочности при изгибе с увеличением марки кирпича.

4. Учитывая достаточно большой диапазон свойств клинкерного кирпича, целесообразно разделить его по водопогло-щению на две группы: первая группа — водопоглощение до 2%; вторая группа — водопоглощение 2—6%. Это обусловлено существенным различием свойств и соответственно областей применения изделий. Водопоглощение изделий менее 2% предусматривает также и повышенную прочность, морозостойкость, истираемость и другие свойства, которые должны соответствовать той или другой группе изделий.

5. Учитывая достаточно высокую морозостойкость клинкерного кирпича и методику ее определения, по которой продолжительность одного замораживания образцов должна быть не менее 4 ч, а продолжительность оттаивания должна быть не менее половины времени продолжительности замораживания, а одно замораживание и последующее оттаивание составляют один цикл, можно говорить, что в сутки можно провести 2—3 цикла. Таким образом, время для определения морозостойкости клинкерного кирпича может быть достаточно продолжительным — до 2—4 мес. Это не может устроить ни производителей, ни продавцов, ни строителей, и практика это подтверждает. По мнению авторов, возникла острая необходимость применения новых ускоренных методик для определения морозостойкости клинкерного кирпича. Основой для них могут стать применяемые ранее факультативные методики ускоренного определения морозостойкости по прочностным и структурным характеристикам изделий, видам пористости, особенностям водопоглощения и т. д. Также можно взять за основу методики ускоренного определения морозостойкости, применяемые для бетонов по ГОСТ 10060—2012 «Бетоны. Методы определения морозостойкости». Можно рассмотреть и возможность использования опыта европейских стран в этом вопросе.

В общем же необходимо учитывать, что области применения клинкерного кирпича разнообразны и для каждой области применения требуется определенная морозостойкость; большую ответственность за выбор требуемого показателя по морозостойкости материалов, в том числе и клинкерного кирпича, несет проектировщик.

6. Узким местом при использовании клинкерного кирпича является кладочный раствор. В ГОСТ 530—2012 указывается: «Для кладки из клинкерного кирпича применяют специальные кладочные растворы для изделий с водопоглощением не более 6%». Между тем именно раствор во многих случаях сводит на нет многие положительные свойства клинкерного кирпича. Это касается даже не прочностных свойств собственно раствора, а его адгезии к кирпичу, прочности сцепления с кирпичом, пористости, плотности, морозостойкости, наличия водорастворимых соединений и т. д. Особые требования должны предъявляться и к растворным смесям при работе с клинкерным кирпичом по составу, подвижности, водоудерживающей способности и т. д.

Поэтому необходимо обозначить требования к кладочным растворам именно для клинкерного кирпича и в ГОСТ 31189—2003 «Смеси сухие строительные. Классификация» ввести понятие «Смеси сухие кладочные для клинкерного кирпича». В ходе исследования ав-

h]

апрель 2015

73

торам неоднократно приходилось сталкиваться со случаями разрушения кирпичной кладки именно по причине неудовлетворительных свойств раствора и некачественного выполнения работ. Однако в подавляющем большинстве случаев «крайним» назначается кирпич и только проведение экспертизы показывает уровень качества кирпича и причины разрушения конструкции.

7. Необходимым является выделение рекомендуемых видов клинкерного кирпича по форме и размерам, а также областей его применения. Это касается как строительного, так и дорожного клинкерного кирпича. Основой может послужить богатейший опыт прошлого и опыт других стран. Выделение минимально необходимой номенклатуры клинкерного кирпича станет основой для его широкого использования в строительстве и значительно расширит возможности для архитекторов и проектировщиков. За основу могут быть взяты виды изделий, производимые в Западной Европе, наработки наших инженеров, архитекторов и строителей [8—10]. Это поможет дизайнерам, архитекторам и проектировщикам при разработке проектов и строительстве различных зданий и конструкций с использованием клинкерного кирпича, что значительно повысит интерес и спрос к данному виду изделий.

Все вышеприведенные и другие факторы обусловливают необходимость разработки и ввода в действие отдельных стандартов на клинкерный кирпич для общего строительства и клинкерный кирпич для дорожного строительства. Это является важной задачей отрасли, и к разработке данных нормативных документов должны быть подключены аккредитованные испытательные центры, научные и проектные организации и производители клинкерного кирпича. Первым шагом в этом направлении должно быть создание инициативной рабочей группы по разработке предлагаемых нормативных документов, и организация дальнейшего широкого публичного обсуждения предлагаемых вариантов.

Список литературы

1. Дуденкова Г.Я. Введение в действие ГОСТ 530—2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия». Строительные материалы. 2013. № 4. С. 4—7.

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

3. Лапунова К.А. Исторические аспекты дизайна изделий стеновой керамики // Дизайн. Материалы. Технология. 2010. № 1 (12). С. 89-94.

4. Лысенко Е.И. Технология керамических материалов и изделий. Ростов-на-Дону: РГСУ, 1998. 126 с.

5. Гаврилов А.В., Гринфельд Г.И. Краткий обзор истории, состояния и перспектив рынка клинкерного кирпича в России // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 20-22.

6. Первая в России линия по производству клинкерного кирпича готова к промышленной эксплуатации // Строительные материалы. 2014. № 3. С. 68-70.

7. Корепанова В.Ф., Гринфельд Г.И. Производство клинкерного кирпича на Никольском кирпичном заводе Группы ЛСР // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 10-13.

8. Лапунова К.А., Котляр В.Д. Дизайн формы архитектурной стеновой керамики в историческом аспекте // Вестник МГСУ. 2009. № 4. С. 148-153.

9. Лапунова К.А., Котляр В.Д., Терёхина Ю.В. Фигурный керамический кирпич на основе опок: классификация и производство // Строительные материалы. 2011. № 12. С. 17-19.

10. Бриджуотер А., Бриджуотер Д. Арки, лавочки, фонтаны, пруды, бордюры, дорожки и другие конструкции из кирпича. М.: Клуб семейного отдыха, 2012. 144 с.

References

1. Dudenkova G.Ya. Introduction of GOST 530-2012 «Ceramic Brick and Stone. General Technical Specifications». Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 20-22. (In Russian).

2. Avgustinik A.I. Keramika [Ceramics]. Leningrad: Stroyizdat. 1975. 592 p.

3. Lapunova K.A. Historical aspects of the design of wall ceramics products. Dizain. Materiali. Tehnologia. 2010. No. 1 (12), pp. 89-94. (In Russian).

4. Lisenko E.I. Tehnologia keramicheskih materialov i izdelii [The technology of ceramic materials and products]. Rostov-on-Don: RGSU. 1998. 126 p.

5. Gavrilov A.V., Grinfeld G.I. A brief review of history, conditions and prospects of clinker brick market in Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 20-22. (In Russian).

6. Russia's first production line of clinker bricks ready for commercial operation. Stroitel 'nye Materialy [ Construction Materials]. 2014. No. 3, pp. 68-70. (In Russian).

7. Korepanova V.F., Grinfel'd G.I. Production of clinker brick at Nikol'sky Brick Factory of LSR Group. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 4, pp. 10-13. (In Russian).

8. Lapunova K.A., Kotlyar V.D. Mold design architectural wall ceramics in the historical aspect. Vestnik MGSU. 2009. No. 4, pp. 148-153. (In Russian).

9. Lapunova K.A., Kotlyar V.D., Terekhina Y.V. Figured ceramic brick on the basis of silica clay: classification and production. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 12, pp. 17-19. (In Russian).

10. Bridgewater A., Bridgewater D. Arki, lavochki, fontani, prudi, borduri, dorojki i drugie konstrukcii iz kirpicha [Arches, benches, fountains, ponds, curbs, walkways and other structures made of brick]. M.: Club semeinogo ot-diha. 2012. 144 p.

Химическая технология керамики

Авторы - коллектив ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева под редакцией И.Я. Гузмана

Издание 2-е, исправленное М: РИФ «СМ». 2012 г. 494 с.

В пособии освещены вопросы современного состояния технологии основных видов керамических изделий строительного, хозяйственно-бытового и технического назначения, а также различных видов огнеупоров. Книга соответствует программе общего курса химической технологии керамики и огнеупоров при наличии также курсов соответствующих специализаций. Подробно изложены характеристика сырья, проблемы подготовки керамических масс и их формование, особенности механизмов спекания, а также дополнительные виды обработки керамики: металлизация, глазурование, декорирование, механическая обработка.

Описаны механические, деформационные, теплофизиче-ские, электрофизические свойства керамических изделий, в том числе при высоких температурах.

Учебное пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и специалистов, работающих в области технологии керамики и огнеупоров.

Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КЕРАМИКИ