Министерство образования и науки Российской Федерации САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра технологии строительных материалов и метрологии Контрольная работа по дисциплине «Основы научных исследований в строительном материаловедении» на тему: «Строительный материал кирпич» Выполнил: студент гр.1-СЗТСПм-1 Мурзаев Алексей Валерьевич Проверил: _______________________________ «___» ____________ 2020 г. Санкт-Петербург 2020 г. СОДЕРЖАНИЕ 1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ…………………………………………………………..3 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА…………………………………………………………….4 3. ВИДЫ КИРПИЧА………………………………………………………………………….7 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИРПИЧА……………………………………11 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА………………………………………………………12 6. ВЫВОД…………………………………………………………………………………….14 2 1. ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ Кирпич - искусственный камень правильной формы, изготовленный из пластичной смеси на основе минерального сырья. Кирпич - штучное изделие, предназначенное для устройства кладок. Исторически - искусственный камень правильной формы, используемый в качестве строительного материала, произведенный из минеральных материалов, обладающий свойствами камня. Слово «кирпич» заимствовано из тюркских языков. Так, в одном из тюркских языков, казахском, слово қыр означает «грань», а слово пеш - «печь». Это объясняется тем, что у тюрков рано зародилась металлургия и для выплавки железа использовались печи, сложенные из огнеупорного кирпича. До кирпича в Европе и на Руси использовалась плинфа. «Плинфа» - тонкая и широкая прямоугольная глиняная пластина, толщиной примерно 2,5 см. Изготавливалась в специальных деревянных формах. Плинфа сушилась 10-14 дней, затем её обжигали в печи. На многих плинфах находят клейма, которые считаются клеймами изготовителя. Хотя вплоть до нашего времени широчайшее распространение имел во многих странах необожжённый кирпич-сырец, часто с добавлением в глину резаной соломы, применение в строительстве обожжённого кирпича также восходит к глубокой древности (постройки в Египте, 3-2 тысячелетие до н. э.). Особенно важную роль играл кирпич в зодчестве Месопотамии и Древнего Рима, где из кирпича (45×30×10 см) выкладывали сложные конструкции, в том числе арки, своды и тому подобное. Форма кирпичей в Древнем Риме варьировалась, использовались в том числе прямоугольные, треугольные и круглые в плане кирпичи, прямоугольные плиты кирпича радиально разрезали на 6-8 частей, что позволяло из получившихся треугольных кусков класть более прочную и фигурную кладку. Стандартный обожжённый кирпич использовался на Руси с конца XV века. Ярким примером стало строительство стен и храмов Московского Кремля во времена Иоанна III, которым заведовали итальянские мастера. Привычный же нам кирпич прямоугольной формы (его удобней было держать в руке) появился в Англии в XVI веке. 3 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА 2.1. Классификация Виды кирпича по материалу: - кирпич-сырец - необожжённый кирпич из глины; - керамический - силикатный - из обожжённой глины, обычно имеет красный цвет; - из кварцевого песка (ок. 90%) и извести; - гиперпрессованный - из отсева известковых пород (мрамора, ракушечника, доломита, до 90% состава кирпича) и портландцемента (6−8%). Классификация кирпича по цели использования: - строительный или рядовой по ГОСТ 530-2007 (ГОСТ 530-2012); - облицовочный: - фактурный с гладкими или неровными краями предназначен для облицовки фасадов зданий и обустройства заборов; - фасонный - для кладки сложных форм вокруг окон, подоконников, арок, столбов, заборов, беседок; - печной или шамотный, огнеупорный по ГОСТ 390-96 - для объектов с постоянным воздействием высокой температуры; - клинкерный - для облицовки стен, цоколей, мощения дорожек. По способу изготовления и типу формовки: - кирпичи пластического формования формуют на прессах из глины влажностью 15−21%; - кирпичи полусухого формования прессуют из глины влажностью 8−14%. В зависимости от характера наполнения: - полнотелый кирпич - пустотелость в виде пор не превышает 12–13%; - пустотелый кирпич - имеет полости, полученные при формовке, применяют в основном для возведения перегородок, число полых камер от 2 до 10, у силикатного кирпича пористость бывает от 24 до 30%, у керамического - до 45%. 2.2. Размеры кирпичей Существуют разные стандарты размеров кирпича. Например, в Великобритании стандартный кирпич имеет размеры 215×102,5×65 мм. В Германии и на постсоветском пространстве основным стандартом считается 250×120×65 мм. Выделяют 2 основных формата кирпичей: керамические (ГОСТ 530-2012) и силикатные (ГОСТ 379-2015). В России кирпичи единого стандарта (нормального формата - НФ) появились в 1927 году. Одним из первых общесоюзных стандартов на кирпич был ОСТ 90035-39. Нормальный формат имеет габаритные размеры 250×120×65 мм. Наименования остальных размеров являются 4 производными от НФ: - 1 НФ (одинарный) - 250×120×65 мм; - 1.4 НФ (полуторный) - 250×120×88 мм; - 2.1 НФ (двойной) - 250×120×138 мм. Изделия номинального размера 2.1 НФ и более называются керамическими камнями, размеры типовых моделей согласно ГОСТ 530-2012: - 4.5 - 250×250×140 мм; - 6.8 - 380×250×140 мм; - 6.0 - 250×250×188 мм. Неполномерный (часть): - 3/4 – 180 мм; - 1/2 – 120 мм; - 1/4 – 60-65 мм. 2.3. Масса кирпичей Масса кирпичей зависит в первую очередь от класса плотности изделия, всего выделяют 7 классов для керамического и силикатного кирпича. Формула расчета массы: a*b*c*p, где первые 3 параметра - длина, ширина и толщина, p общая плотность изделия. Ориентировочная масса керамических кирпичей (ГОСТ 530—2012): - полнотелый 250×120×65 мм (2 класс плотности): 3.315..3.705 кг; - пустотелый 250×120×65 мм (1.4 класс плотности): 2.34..2.73 кг; - полнотелый 250×120×88 мм (2 класс плотности): 4.488..5.016 кг; - пустотелый 250×120×88 мм (1.4 класс плотности): 3.168..3.696 кг; - полнотелый 250×120×140 мм (2 класс плотности): 7.038..7.866 кг; - пустотелый 250×120×140 мм (1.4 класс плотности): 4.968..5.796 кг. 2.4. Названия сторон (Рис. 1. Названия сторон кирпича: 1 - ширина, 2 - длина, 3 - толщина, 4 - ложок, 5 - постель, 6 тычок) 5 Постель - рабочая сторона изделия, расположенная параллельно основанию кладки (на примере 1 НФ это часть с размерами 250×120 мм). Ложок - средняя по площади сторона изделия, расположенная перпендикулярно к постели (у 1 НФ - 250×65 мм). Тычок - наименьшая сторона изделия, расположенная перпендикулярно к постели (у 1 НФ 120×65 мм). Кирпич с криволинейным ложком или тычком называется лекальным или фасонным. 2.5. Клейма на кирпиче Клеймо на кирпиче ставит завод-изготовитель. В старину производили кирпич ручной формовки. Старинный кирпич имеет различные клейма. Они могут быть выполнены в виде символов или букв. Как правило, это сокращение инициалов хозяина завода. При строительстве казённых предприятий завод, выигравший поставку, мог ставить клеймо в виде двуглавого орла. Такой старинный кирпич в народе получил название «имперский кирпич». В Санкт-Петербурге встречается самое большое количество различных клейм. На кирпичах можно встретить клеймо в виде ключа, короны, орла, якоря, подковы, название рек, городов и различных фамилий. На заводе клеймо могло видоизменяться. Зачастую заводы переходили от одного собственника к другому. Поэтому один и тот же завод мог за свою историю выпускать разнообразные клейма. Известны случаи, когда кирпичный завод переходил от отца к сыну и клеймо видоизменялось с сохранением фамилии, но изменением дизайна. Одним из самых известных заводов, выпускающих кирпичи с клеймом, был завод купцов Стрелиных. (Рис. 2. Клеймо на кирпичах) 6 3. ВИДЫ КИРПИЧА Российский и международный рынок кирпича предлагает огромный ассортимент материалов. При этом основных видов кирпича всего 4: керамический, силикатный, огнеупорный и облицовочный. 3.1. Керамический кирпич Классический красный кирпич, изготовленный из обожженной глины высокой прочности. Это самый универсальный и ходовой вид кирпича на российском рынке – он отлично подходит для закладки фундамента и строительства подвала, возведения несущих стен и создания малых архитектурных форм, а также для решения целого ряда других строительных задач. Все постройки из качественного керамического кирпича отличаются надежностью и долговечностью, поэтому загородное строительство России активно использует этот материал для возведения добротных коттеджей на века. (Рис. 3. Керамический кирпич) Красный кирпич изготавливается по технологии обжига пластичной увлажненной глиняной массы или по методу прессования более сухой глиняной массы. Современные предприятия выпускаю керамический кирпич не только традиционных красного и оранжевого цветов, но и практически любых других оттенков. По конструкции классический кирпич может быть полнотелым (строительный), пустотелым (экономичный) и облицовочным. По фактуре он бывает гладким и рельефным. Также кирпич классифицируется по многим другим техническим характеристикам, о которых поговорим позже. 3.2. Силикатный кирпич Силикатный кирпич отличается о керамического не только белым цветом брусков, но и составом, технологией производства и назначением. Белый кирпич изготавливается из извести и песка по технологии автоклавного синтеза. Для придания материалу дополнительных эксплуатационных свойств и цветного оттенка в состав силикатного кирпича иногда включают функциональные добавки и красящие пигменты. В отличие от красного кирпича, белый имеет низкие показатели водостойкости, но зато обеспечивает более эффективную звукоизоляцию. Поэтому такой материал не может применяться в строительстве фундаментов, труб, печей и 7 других объектов с высокими требованиями прочности и долговечности. Зато он отлично подходит для возведения ненесущих стен и межкомнатных перегородок. (Рис. 4. Силикатный кирпич) Как и керамический, силикатный кирпич выпускается в полнотелой и пустотелой модификации. Он также может быть гладким или пористым, иметь натуральный или искусственно тонированный цвет, классический или нестандартный размер и т.д. 3.3. Огнеупорный кирпич Несмотря на все свои технические преимущества, обычный керамический кирпич не приспособлен для длительного контакта с высокими температурами. Поэтому в строительстве каминов и кладке печей используется специальный огнеупорный кирпич, способный выдерживать температуры до 1800°С без деформаций и потери прочности. Строительство промышленных помещений в металлургии, стеклоделии и ряде других производств, работающих с высокими температурами, активно использует огнеупорный кирпич для возведения оснований и стен для печей, сводов помещений и других строительный конструкций, подверженных частому и сильному нагреву. (Рис. 5. Огнеупорный кирпич) Благодаря высокой теплопроводности и благородному внешнему виду огнеупорный кирпич также пользуется спросом в гражданском строительстве и отделке – его используют для кладки печей и облицовки каминов в коттеджах. Огнеупорный кирпич изготавливается из обожженной огнеупорной глины (шамот – поэтому кирпич часто называется шамотным) с 8 добавками кокса или графита для повышенной прочности. От состава и технологии производства шамотного кирпича зависят его технические характеристики и эксплуатационные возможности в гражданском и промышленном строительстве. Огнеупорный кирпич делится на 4 вида: Кварцевый – однородный сплошной кирпич из песчаника или кварца с добавлением глины. По свойствам близок натуральным песчаникам: огнеупорен, но не устойчив к щелочам и окислам железа. Используется для изготовления сводов и стен печей, соприкасающихся только с металлом и пламенем. Глиноземный – самый распространенный шамот, устойчивый к перепадам температуры и контакту с щелочами, но не приспособленный для нагрева выше 1300°С. Известково-магнезиальный кирпич используется в металлургии. Углеродистый кирпич довольно редок – изготовленный из прессованного коксового или графитового порошка прочный материал используется в узкоспециализированной промышленности. 3.4. Облицовочный кирпич Облицовочный кирпич – это прочный и надежный отделочный материал с презентабельным внешним видом и длительным сроком эксплуатации в контакте с любыми атмосферными явлениями. Влаго- и морозоустойчивый, облицовочный кирпич защищает стены здания от холода, ветра, осадков и грязи. Поверхность фасадного кирпича инертна к влаге, поэтому во время дождя такая облицовка не только не портится, но и очищается, обретая первоначальную ухоженность без вмешательства человека. Облицовочный кирпич изготавливается из известняка, цемента и пигментного компонента, придающего материалу широкий спектр цветов и оттенков. Изготовленный по технологии прессования цветной кирпич не выцветает даже через много лет службы. (Рис. 6. Облицовочный кирпич) Применяется облицовочный кирпич для отделки новых построек и реставрации фасадов, также из этого материала возводятся стены, заборы, архитектурные и даже интерьерные элементы. Прочный отделочный кирпич даже используется в качестве тротуарной плитки для 9 прокладки цветных аккуратных пешеходных дорожек. Цвет, фактура, размер и другие индивидуальные параметры материала подбираются для любого архитектурного стиля и дизайнерского решения в оформлении фасада и других элементов здания и участка. 10 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИРПИЧА При выборе кирпича необходимо уделить пристальное внимание не только его типу, но и совокупности технических характеристик. Основные свойства кирпича, по которым классифицируется этот строительный материал: прочность, морозоустойчивость, плотность, теплопроводность и пористость. Плотность. Плотность кирпича показывает отношение массы материала к его объему с учетом пор и пустот. То есть этот показатель косвенно отражает пористость и теплопроводность материала и поэтому используется в качестве одной из основных характеристик кирпича. Пористость. Структура кирпича зависит от степени заполнения порами его объема. От коэффициента пористости строительного материала зависят многие его эксплуатационные характеристики: прочность, морозостойкость, теплопроводность и т.д. Прочность. Ключевая характеристика кирпича, по которой ему присваивается цифровое обозначение марки, – это прочность. Этот показатель отражает способность материала противостоять определенным нагрузкам в определенных условиях без деформации и разрушения. Прочность кирпича, указанная маркировкой после буквы «М», показывает максимально допустимую нагрузку на 1 кв.см. поверхности материала. Например, кирпичи бывают марок М100, М200, М250, М300 и т.д. Чем больше числовой показатель – тем прочнее кирпич. Теплопроводность. Теплопроводность кирпича отражается в указанном производителем коэффициенте теплопроводности, который показывает способность материала передавать тепло от одной поверхности к другой при условии изначальной разницы их температур. Морозостойкость. Показатель морозостойкости стройматериалов очень важен для стран с переменным климатом – он показывает минимально допустимое для материала количество циклов замораживания и оттаивания без повреждения и потери прочности. Этот показатель маркируется буквой F и соответствующим числу циклов цифровым обозначением: F25, F35, F50, F100 и т.д. В России строительство промышленных помещений и жилых домов ведется с использованием кирпича с маркировкой не ниже F35. Также кирпич на современном строительном рынке может иметь разную форму, размеры, цвет и другие вариативные внешние различия. Многообразие материалов позволяет в точности реализовать пожелания клиентов и воплотить дизайнерские решения проектировщиков на высоком уровне качества и эстетичности. 11 5. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА До XIX века техника производства кирпичей оставалась примитивной и трудоёмкой. Формовали кирпичи вручную, сушили исключительно летом, а обжигали в напольных печахвремянках, выложенных из высушенного кирпича-сырца. В середине XIX века были изобретены кольцевая обжиговая печь и ленточный пресс, обусловившие переворот в технике производства. В конце XIX века стали строить сушилки. В это же время появились глинообрабатывающие машины: бегуны, вальцы, глиномялки. В наше время более 80% всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200 млн штук в год. (Рис. 7. Деревянная форма для формовки кирпича вручную. Середина ΧΧ века) На сегодняшний день существуют две основные технологии производства кирпичей: 1. Технология обжигового кирпича. Подготовка материала для будущего кирпича: глина, извлеченная из карьера, помещается в бетонированные творильные ямы, в которых ее разравнивают и заливают водой. В таком состоянии материал остаётся на 3-4 дня. И только после этого глина доставляется на завод для произведения машинной переработки. Для того, чтобы удалить камни из глинистой массы, применяют специальные камневыделительные вальцы. После этого глина поступает в ящичный питатель. У выходного отверстия этой машины размещаются подвижные грабли, которые частично разбивают куски и выталкивают глину на бегуны. Здесь глина сильно размалывается. Затем материал проходит через одну или две пары гибких вальцов и поступает в ленточный пресс, соединенный с резательным аппаратом. Кирпич отрезается от глиняной ленты и попадает на подкладочные деревянные рамы. После этого материал помещается в сушильную камеру. Когда камера полностью заполняется, ее запирают и разогревают. Сушку кирпича в основном производят искусственным способом, так как она не требует большого складского пространства и не зависит от погодных условий. Для такой сушки используют тепло отработанного пара. В результате постепенного подъема температуры в 12 сушильной камере образуются водяные испарения без движения воздушных потоков. Кирпич во влажном воздухе нагревается, и именно это обеспечивает равномерное высыхание всей массы. Высушенный кирпич поступает в кольцевую или туннельную печь для обжига. Это происходит при температуре около 1000 градусов. Обжиг длится до начала спекания. Качественный кирпич обладает матовой поверхностью, и при ударе издаёт звонкий звук. Правильно, когда на изломе он однородный, пористый и легкий. Кирпич является бракованным, если в нем можно найти внутренние пустоты и трещины на внешней стороне. Глина. Хороший керамический кирпич производится из глины добытой мелкой фракцией с постоянным составом минералов. При постоянном составе минералов цвет кирпича при производстве одинаковый, что характеризует лицевой кирпич. Месторождения с однородным составом минералов и многометровым слоем глины, пригодным для добычи одноковшовым экскаватором, очень редки и почти все разработаны. 2. Технология безобжигового кирпича. Здесь применяется гипер- или трибо- прессование. Это технология сварки минеральных сыпучих материалов под воздействием высокого давления в присутствии вяжущих компонентов и воды, завершающаяся выдержкой на складе в течение 3-5 суток до созревания. На первой стадии исходное сырье дробится до фракции 3-5 мм, после чего поступает в приемный бункер. Затем, пройдя по ленточному транспортеру через расходный бункер и питательный дозатор, материал попадает в бетоносмеситель. Там происходит его смешивание с цементом до получения однородной массы. На второй стадии осуществляется поставка готового материала по ленточному конвейеру через двухрукавную течку на установку формования. После прессования кирпич можно сразу помещать на технологические поддоны. На них он и размещается на складе, где происходит естественная выдержка в течение 3-7 суток. После этого производится отгрузка готового кирпича потребителю. 13 ВЫВОД На протяжении многих веков кирпич является одним из основных строительных материалов во всем мире. Со времен первых прототипов обожженной глины и до современных высокотехнологичных строительных материалов кирпич претерпел немало изменений, благодаря которым современное строительство загородных домов и городских многоэтажек, промышленных, коммерческих и многих других зданий демонстрирует высокое качество и надежность готовых построек из кирпича. Производство кирпича в наши дни ведется огромными темпами и объемами – спрос на этот материал всегда высок, и строительство домов из кирпича востребовано повсеместно и в любое время года. Экологически чистый, прочный и надежный, долговечный и презентабельный – кирпич широко применяется в строительстве по всему миру. Около 70% всех зданий в Европе строятся из кирпича, и даже несмотря на появление множества дешевых материалов и технологий в малоэтажном строительстве, именно кирпич остается лидером строительного рынка уже на протяжении многих столетий. 14
