ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ФИГУРНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА НА ОСНОВЕ ОПОК

Перспективы производства фигурного керамического кирпича на основе опок в Ростовской области

Лицевой кирпич – обожжённый глиняный брусок с добавлением различных смесей, имеющий правильную геометрическую форму.

Основной особенностью лицевого кирпича является сочетание функций конструктивного и облицовочного материала, по сравнению с другими облицовочными материалами, что дает возможность использовать его для кладки несущих стен, межкомнатных перегородок, а также для увеличения привлекательности  фасадов кирпичных зданий, наружных объектов в виде ограждения и т.д.

В Ростове существуют ряд гражданских и церковных зданий, построенных в начале XV века, где заметны перевязки лицевого кирпича. Существует целый ряд способов размещения элементов кладки в российской архитектуре, отметим основные две:

• готическая или старорусская
• русская или английская.

Второй достаточно распространённый способ декорирования – это чередование цветов, при котором используется больше двух цветов или оттенков. При таком подходе, реализуется эстетичный внешний вид фасада, а также возможно внести в проект орнаменты и узоры за счет комбинации цветовых групп.

Третий вариант распространён при строительстве из однотонного лицевого кирпича, где основной эффект достигается за счет использованию швов, их расшивок и материала раствора. Стоит заметить, что строительными нормами и правилами допускается размер швов до 10 мм.

Лицевой кирпич применяется как в массовом строительстве жилых зданий, так и в уникальных сооружениях. Многообразны формы использования лицевого кирпича в практике современной архитектуры и в частности в монументально-декоративном оформлении зданий.

На сегодняшний день отслеживается тенденция в промышленном строительстве на повышение спроса изделий архитектурно-строительной керамики, где первое место занимает кластер лицевого кирпича в различном исполнении. При обеспечении застройщиком уникальности и индивидуальности здания, представляется возможным объединение целых архитектурных комплексов. Экспрессивность воздвигаемых сооружений благоприятно влияет на привлечение потенциального покупателя и уменьшает маркетинговые издержки. Правильно выбранный экстерьер здания передает человеку благоприятное эстетическое восприятие.

Характеристики фигурного кирпича на основе опок предлагают его использование как стенового материала, выдерживающего механические влияния, а также воздействия погодных условий, и как облицовочного, создающего нестандартный и оригинальный фасад строения.

За последнее десятилетие в Ростовской области, разведаны и открыты перспективные участки кремнистого сырья, помимо трепелов и диатомитов, найдены месторождения опок и опоковых глин.

Опока – пористая кремнистая горная порода, цвет варьируется от серовато-белого или черного до желтого, или желто-коричневого. По характеру структурных связей относится к полускальной группе грунтов и к кремнистому типу пород. Размер частиц варьируется от 0.001 до 0.01 мм, что говорит о тонкозернистой, скрытокристаллической структуре. Текстура однородная и слоистая. Минеральный состав: мельчайшие зерна опала сцементированного кремнеземом, примеси органических веществ, а также остатками микроорганизмов морских бассейнов.

Химический состав проб определяет специфику керамических свойств опоковидных пород, которые приведены в таблице 1. Стоит отметить, что содержание щелочей Na2O и К2О указывает на хорошие показатели огнеупорности материала и большую температуру спекания. Оксиды железа, скапливаясь в микротрещинах опок, снижают температуру обжига. Малое содержание серы уменьшает затраты на обработку и исключает алгоритмы перевода растворимых солей в нерастворимые. Сумма соединений серы, согласно требованиям, предъявляемым  к глинистому сырью, в пересчете на SO3, должна составлять не более 2,0 %, в том числе сульфидной серы не более 0,3.

Таблица 1.

Химический состав

В Ростовской области существует 2 месторождения средне-глинистого вида кремнистого сырья, находящегося вблизи населенных пунктов, с развитой транспортной инфраструктурой. Степан-Разинское – месторождение опок и Каменоломенское Южное – опоковых глин. Как установлено лабораторно-технологическими и полузаводскими исследованиями, опоки ростовского происхождения имеют достаточно высокое качество для производства изделий стеновой керамики. Принимая в расчет количественные показатели осадочной породы, геологические и горнотехнические условия, экономически выгодно промышленное освоение этих видов полезных ископаемых в строительной промышленности.

В последнее время фигурный кирпич в основном ограничивается поставками из-за рубежа. В России наблюдается высокий спрос на фигурный кирпич, несмотря на небольшой ассортимент. Анализируя, производство единичных предприятий выявляются недостатки внутри организации, провоцирующие макро-проблемы всей отрасли, препятствующие производству фигурного кирпича.

Во-первых, планирование производства продукции в России при модернизированных  линиях пластического формирования рассчитано на выпуск изделий одного типа. Прогнозируемый ассортимент не реализуется в полной мере за счет проблем технологического плана. Отладка современных автоматизированных систем – достаточно долгий процесс, связанный с заменой формообразующих элементов кирпича и изменению характеристик изготовления.

Во-вторых, нереализованный ежегодный рост, почти 25% в год на фигурный кирпич разных цветов – от кремового до желтого оттенка  и темных цветов – от серого до шоколадного оттенка. Также стоит отметить, что не организованно производство редуцированного кирпича, освоение европейских технологий удается только крупным компаниям сбытчикам. Недостаточно производственной мощности на востребованные лицевые изделия, заставляет закупщиков заказывать материалы у иностранных фирм в несколько раз дороже отечественной. Дефицитным является светло-жгущееся глинистое сырье, за счет одного из самых технологически трудоемких процессов – осветления темно-жгущейся глины. При получении темных тонов требуется ввод керамических пигментов и красителей. Керамические пигменты включают красящие оксиды таких элементов как: Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, и др., которые придают им определенные цветовые характеристики, образуя при синтезе комплексные соединения. Цвет, придаваемый ими, результат окислительно-восстановительных реакций. К наиболее ярко окрашенным относятся соединения переходных элементов Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co и Ni. Незавершенность электронных слоев вызывает часто наблюдающуюся интенсивную окраску соединений. TiCl-бесцветный,VF4 - черный, ZrCl3- коричневый и т.д. Тонкодисперсные железистые примеси придают глине окраску от светло-коричневого до темно-красного тона, а обожженному изделию от кремового и бледно-розового до красных цветов. При обжиге в окислительной атмосфере все железо переходит в окисную форму. В зависимости от количества окиси железа изделие окрашивается в самые различные цвета от белого до темно-красного. При обжиге изделий в восстановительной среде железистые окиси переходят из окисных соединений в закисные (восстанавливаются), которые окрашивают изделие в сине-зеленоватый цвет.

В-третьих, при разработке минимального ассортимента форм кирпича, нужно увеличить функциональную часть составных композиций, тем самым, добиться реализации максимально возможных вариантов в ландшафтном дизайне и архитектуре.

При этом отборный лицевой кирпич должен соответствовать стандартам качества и ГОСТ 530-2012, быть устойчивым к воздействию ультрафиолетовых лучей.

Изначально, рассматривая вопросы решения проблем с внедрением нового сырья на базе РГСУ, было принято решение, совместно с ведущими организациями строительной отрасли, в модернизации гибких технологических линий по производству фигурного кирпича по технологии компрессионного формирования. При реализации данного метода, учитывается алгоритм формования изделий, который осуществляется на гидравлических прессах с возможностью автоматического регулирования, на печных вагонетках и садках – вручную. Переход от одной пресс-формы к другой представлялся возможным с помощью усовершенствования устройств уже ранее стоявших элементов системы.

Технология производства фигурного кирпича способом компрессионного формования на основе опок имеет следующие особенности.

Подготовка пресс-порошка осуществляется полусухим способом, при этом наибольшая крупность зёрен измельчённого сырья не должна превышать 1–1,5 мм. Процесс прессования происходит при повышенной влажности из-за микро-пористости исходного сырья и для получения изделий одинаковой плотности. При производстве изделий нестандартной конфигурации рекомендуется вводить пластифицирующие добавки, которые увеличивают срок службы пресс-форм и делают поверхность изделия более гладкой. Обработка уже обожжённого фигурного кирпича гидрофобными полимерными составами увеличивает долговечность и стойкость к воздействию окружающей среды.

Опираясь на проделанные экспериментальные работы, можно утверждать, что опоки и опоковидные породы являются перспективным сырьём для производства фигурного кирпича. При лабораторно-технологических испытаниях и промышленной апробации, было выявлено, что пористое кремнистое горное сырьё - достаточно технологичный материал. При изменении параметров прессования, степени измельчения, температуры обжига можно изменять свойства изготавливаемых изделий в значительных пределах. Выпущенная продукция может обеспечить нужные теплозащитные свойства стеновых конструкций вследствие пониженной плотности. Изменяя химический состав, изделие может иметь разную пигментацию. Например: для изделий светлых оттенков сырьём могут служить карбонатные опоки, дающие после обжига черепок розового, жёлтого, бежевого цвета, для темных цветов применимы опоки с повышенным содержанием оксида железа, цвет которых может усиливаться за счёт ввода различных добавок, в том числе и отходов промышленности.

Использование в строительной промышленности фигурного кирпича на основе опок позволяет решать одновременно несколько проблем. Представляется возможным возведение стен и отделка фасадов без их последующего оштукатуривания и окрашивания, уменьшаются издержки на  ремонт зданий при их длительной эксплуатации, увеличивается ассортимент продукции и удовлетворяется спрос потребителя. Также, одним из наиболее выгодных вариантов развития производства фигурного керамического кирпича на основе опок в Ростовской области, является создание лаборатории на базе донского государственного технического университета с целью привлечения инвесторов и ускорения изучения технологии производства в промышленных масштабах. Привлечение государственных ассигнований на постройку нового вида предприятий увеличит сбыт лицевого кирпича и введет новый конкурирующий сегмент на рынке строительной продукции.

Список литературы:

1. Ашмарин Г.Д., Соколова С.Е., Шейман Е.Ш., Климцов Е.Я., Лапин Ю.А. Рекомендации по совершенствованию технологии производства керамического кирпича полусухого прессования. – М.:ВНИИстром им. П.П. Будникова, 1988. – С. 38.
2. Дистанов У.Г. Кремнистые породы СССР. – Татарское книжное издательство, 1976. - 412 с.
3. Котляр В. Д., Бондарюк А.Г. Стеновая керамика на основе опоковидных кремнисто - карбонатных пород и искусственных кремнисто-карбонатных композиций: известия вузов. Строительство. 2010 г; с. 18–24
4. Котляр В. Д., Терехина Ю.В., Устинов А.В. Стеновая керамика на основе опок и отходов электрометаллургического производства: материалы V Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Теория и практика повышения эффективности строительных материалов». Пенза: 2010 г; ПГАСУ, с. 122–125.
5. Котляр В. Д., Талпа Б.В. Опоки – перспективное сырье для стеновой керамики. 2007 г;  с. 31–33.