Стеновые и кровельные керамические материалы

Основная область применения керамики в строительстве — мате­риалы для ограждающих конструкций: стеновые (кирпич и керами­ческие камни) и кровельные (черепица). Этот вид керамики за много сотен лет применения хорошо зарекомендовал себя во всем мире.

Стеновые материалы — это кирпич и камни (последние отличают­ся от кирпича большими размерами). Самые первые постройки из кирпича обнаружены в Древнем Египте и Ассирии и относятся к III—I тыс. до н. э. Этот кирпич имел в плане форму, близкую к квад­ратной, со сторонами 300...650 мм и толщиной 30...80 мм. Подобный кирпич позже применялся в Древней Греции и Византии, где его называли «плинфа» (от греч. plinthos — кирпич). Плинфа исполь­зовалась и в древнерусском зодчестве. Так, при строительстве Со­фийского собора в Киеве использовалась плинфа размером около 400х400 мм и толщиной 30...40 мм. Такая форма древнего кирпича объясняется, видимо, в основном технологическими причинами: проще формовать и легче сушить.

Только в XVв. плинфу сменил похожий на современный «Аристотелев кирпич» (289х189 х67мм). Первый российский кирпич, пре­дусматривавший перевязку швов, был «Государев кирпич». В современных размерах кирпич был узаконен стандартом в 1927 г. Ка­кого-либо общемирового стандарта на размеры кирпича не существу­ет. Однако размеры и масса кирпича лимитируются размером и силой человеческой руки.

Кирпич керамический обыкновенный. В соответствии с действую­щими стандартами кирпич выпускают обыкновенный размером 250х120х65 мм; реже производится утолщенный — 250х120х88 мм и модульный — 288х138х65 мм. Поскольку масса одного кирпича не должна превышать 4,3 кг, то утолщенный и модульный кирпичи обычно делают с пустотами; кирпич полусухого прессова­ния также производится с пустотами (но пустоты в нем конические и несквозные).

Приняты следующие названия граней кирпича: боль­шая — постель 1, боковая длинная — ложок 2, торцовая — тычок 3.

Плотность обыкновенного полнотелого керамического кирпи­ча — 1600...1800 кг/м³; пористость — 28...35 %; водопоглощение не менее 8 %.

Основная характеристика качества кирпича — марка по прочно­сти, определяемая по результатам испытания кирпича на сжатие и из­гиб. Установлено 8 марок: от 75 до 300 (табл.).

Таблица. Марки керамического кирпича по прочности

Марка кир­пича	Предел прочности, МПа, не менее
	при сжатии		при изгибе
	для всех видов кирпичей		для полнотелого кирпича пластического формова­ния		для полнотелого кирпича полусухого прессования и пустотелого кирпича
	средний из 5 образцов	тт	средний из 5 образцов	тт	средний из 5 образцов	тт
300	30,0	25,0	4,4	2,2	3,4	1,7
250	25,0	20,0	3,9	2,0	2,9	1,5
200	20,0	17,5	3,4	1,7	2,5	1,3
175	17,5	15,0	3,1	1,5	2,3	1,1
150	15,0	12,5	2,8	1,4	2,1	1,0
125	12,5	10,0	2,5	1,2	1,9	0,9
100	10,0	7,5	2,2	1,1	1,6	0,8
75	7,5	5,0	1,8	0,9	1,4	0,7

По морозостойкости для кирпича установлены четыре марки: F15, F25; F35 и F50. При оценке морозостойкости испытания на «замораживание — оттаивание» проводят до появления внешних по­вреждений (трещин, отколов, шелушения поверхности), не допуска­емых стандартом.

Стандарт допускает довольно большие отклонения в размерах и форме кирпича, которые объясняются большой и неравномерной усадкой кирпича в процессе изготовления. Кирпич считается удовлетворяющим стандарту, если отклонения по размерам и форме не пре­вышают:

• по длине ±5 мм, ширине ±4 мм, толщине ±3 мм;

• непрямолинейность граней и ребер, не более: по постели — 3 мм, по ложку — 4 мм;

• сквозные трещины на ложковой и тычковой гранях — не более одной при протяженности ее по постели не более 30 мм;

• отбитости и притупленности ребер и углов — не более двух глуби­ной более 5 мм и длиной 10... 15 мм.

Обыкновенный керамический кирпич благодаря достаточно вы­соким показателям физико-механических свойств и долговечности широко применяют в современном строительстве для кладки наруж­ных и внутренних стен зданий, фундаментов, дымовых труб и других конструкций.

Кирпич полусухого прессования нельзя применять для кладки цоколей, фундаментов и наружных стен влажных помещений.

На складах кирпич хранят в штабелях высотой до 1,6 м, уложен­ным на ребро (ложковую грань).

При механизированной погрузке, разгрузке и транспортировании используют деревометаллические поддоны, на которые кирпич укла­дывают на ребро с перевязкой или «в елочку» (с наклоном в 45° к центру пакета). Чтобы уложить кирпич «елочкой», к торцам поддона прибивают треугольные бруски. Благодаря такой укладке пакеты с кирпичом можно перевозить на обычных автомобилях без дополни­тельных креплений. Погрузку, разгрузку и подачу пакетов на рабочее место выполняют с применением специальных футляров. Без поддо­нов кирпич перевозят уложенным в штабель с перевязкой; транспор­тирование навалом запрещается, так как при этом много кирпича бьется.

Пустотелый кирпич и керамические камни. У обыкновенного кера­мического кирпича есть два существенных недостатка: относительно высокая плотность (1600...1800 кг/м³) и небольшие размеры. Высокая плотность предопределяет и большую теплопроводность кирпича, и, как следствие, большую толщину стен (в средней полосе России тра­диционная толщина стен 51 и 64 см) и их большую массу.

Небольшой размер обыкновенного кирпича объясняется двумя причинами:

• масса кирпича, укладываемого вручную, не должна превышать 4,3 кг;

• получение крупного массивного керамического изделия затруд­нительно, так как сушка и обжиг таких изделий протекает долго и, как правило, сопровождается большими деформациями и растрескива­нием изделий.

Решение этих проблем возможно путем формования крупнораз­мерных керамических изделий со сквозными пустотами. Наличие пу­стот не только снижает массу и соответственно плотность изделий, но и ускоряет и облегчает процессы сушки и обжига, так как изделие прогревается быстрее и равномернее через наружные и внутренние поверхности. А именно неравномерность влажности и температуры по сечению изделия вызывают коробление и растрескивание. Поэто­му пустотелые камни и кирпич имеют меньше дефектов и прочность их, несмотря на большой процент пустот (до 45 %), такая же, как у полнотелого кирпича.

Эти же пустоты снижают плотность кирпича и камней до 1400...1200 кг/м³ и соответственно теплопроводность до 0,6...0,4 Вт/(м • К). За пустотелым кирпичом и камнями укрепилось название «эффек­тивная керамика».

Пустотелыми считаются кирпич и камни, объем пустот которых более 13 %. Форма и размер пустот могут быть различными (рис.)

Рис. Кирпич керамический пустотелый и керамические камни:

а — кирпич с 18 пустотами (пустотность 27 и 36 %); б — кирпич с 28 пустотами (пустотность 32 и 42 %); в — камень с 7 пустотами (пустотность 25 и 33 %);

г — камень с 18 пустотами (пустотность 27 и 36 %); д — укрупненный камень для кладки стены в «один камень» (пустотность45 %)

Расположение пустот преимущественно вертикальное, но допустим выпуск кирпича и камней с горизонтально расположенными пусто­тами (рис.).

Рис. Некоторые виды экструзионных керамических камней с горизонтальными пустотами:

а — камень с 11 пустотами; б — камень с тремя пустотами; в — укрупненный камень с 30 пустота­ми и пустотой для захвата при кладке (общая пустотность 45 %)

Керамическими камнями называют штучные стеновые изделия размером от 250х120х138 мм (сдвоенный по высоте кирпич) и до укрупненных камней 510х260х219 мм для кладки стен в «один ка­мень». Применение керамических камней позволяет значительно ус­корить кладочные работы.

Прочностные свойства (марки) и морозостойкость пустотелых кирпича и камней такие же, как у обыкновенного керамического кирпича.

Дополнительное снижение плотности и улучшение теплотехни­ческих показателей керамического кирпича и камней можно достичь, включая в сырьевую массу выгорающие добавки (опилки, угольную мелочь и т. п.) или поризуя глиняную массу. Используя технологию поризации керамического черепка, на ряде предприятий орга­низовано производство пустотелых керамических камней (250х120х142 мм) с плотностью 950 кг/м³ и маркой по прочности 150 и 200 (кгс/см²) при морозостойкости не ниже F35 и крупноформатных бло­ков того же предприятия размером 510х260х219 мм пустотностью 52 % и средней плотностью 800 кг/м³ (на 20 % легче воды); марка блоков по прочности 50...100 (кгс/см²) и морозостойкость не ниже F35. Теплопроводность кладки из таких блоков 0,20 Вт/(м • К), что в 4 раза ниже, чем из полнотелого кирпича.

Пустотелый кирпич и камни нельзя использовать для кладки фундаментов, подвалов, цоколей и других частей зданий, где они могут контактировать с водой. Замерзание воды, попавшей в пус­тоты кирпича или камней, сразу приводит к их разрушению.

Кровельные керамические материалы — черепица и керамический сланец ардогрес.

Керамическая черепица — старейший искусственный кровельный материал, применявшийся с давних пор практически во всех странах мира. Особенное распространение получила черепица в европейских странах, Японии, Китае; при этом форма и цвет черепицы у разных народов были различными. До сих пор используют старинные виды черепицы: желобчатую «татарскую», волнистую «голландскую» (рис.) и др.

Рис. Традиционные виды черепицы: а — голландская; б — татарская (желобчатая)

Современная керамическая черепица в зависимости от способа производства и конфигурации бывает (рис.) штампованная пазо­вая (а), ленточная пазовая (б) и ленточная плоская (в). Для коньков и перегибов крыши выпускают черепицу специальной формы.

Сырьем для черепицы служат кирпичные глины, только качество их подготовки должно быть выше. Ленточную черепицу формуют на таких же прессах, как кирпич. Штампованную прессуют поштучно. В остальном технология черепицы аналогична технологии кирпича.

Черепичная кровля декоративна и очень долговечна. Недос­татки ее — большой вес и трудоемкость устройства. Черепица требует мощной стропильной системы; рекомендуемый угол наклона кровли 30...45° (для желобчатой, укладываемой на растворе, — 15°).

Рис. Современные виды черепицы и схемы ее укладки на кровлю: а — штампованная пазовая; б — ленточная пазовая; в — ленточная плоская; г — коньковая

В конце XX в. появился новый вид керамического кровельного материала, имитирующего кровельные плитки из природного сланца и получившего название ардогрес (от итал. аrdois — сланец и gres — каменная керамика). Ардогрес представляет собой плоские тонкие (9,5 мм) плитки размером 40х40 см и 20х40 см. Цвет пли­ток темно-серый и коричневый; они окрашены в массе и не выцвета­ют на солнце.

Плитки ардогрес получают по технологии керамогранита прессованием из почти сухой керамической массы и последую­щим обжигом до полного спекания. Благодаря этому получается прочный (R_сж до 50 МПа) материал с чрезвычайно низким водопоглощением (менее 0,5 %), что гарантирует высокую морозостойкость и долговечность.

Монтаж кровли из плиток ардогрес очень прост: они навешива­ются с помощью шурупов, устанавливаемых на обрешетке и проде­ваемых в отверстия, имеющие форму замочной скважины, находящей­ся в верхней части плиты.