2. Силикатное сырье, его состав, технологические свойства

2.1. Развитие технологий строительных материалов на основе силикатов

Первые строительные изделия изготавливались человеком с использова­нием природного камня. При этом использовались простейшие методы меха­нической обработки. Вяжущие вещества появились еще в доисторические времена и их производство было тесно связано с общим уровнем развития техники. Вначале использовались природные вяжущие - глина и битум. Но уже в 4 - 3 тысячелетии до н.э. в Египте появился первый искусственный вя­жущий материал - гипс, который широко применялся в качестве кладочного и штукатурного раствора. Вслед за гипсом появилась и известь, для получе­ния которой требовалась значительно более высокая температура обжига (> 1000 °С), чем для гипса (~ 200 °С). Впервые известь стали широко приме­нять в Греции. В микенский период известь применяли лишь для шту­катурных и облицовочных работ, состав сухих облицовочных смесей приведёт в таблице 2, а также в качестве грунта при стенной рос­писи. Затем ее начали использовать и при строительстве гидротехнических сооружений. И лишь в римский период началось массовое потребление из­вести для кладочных растворов. Так как римляне вели интенсивное гидротех­ническое строительство, им нужны были водостойкие растворы. Поэтому они впервые начали использовать гидравлические добавки как естественного, так и искусственного происхождения. Очевидно, вначале толченый кирпич и че­репица, а также вулканический пепел были применены случайно из-за отсут­ствия песка. Но вскоре обнаружилось, что растворы, содержащие такие заме­нители, обладают большей прочностью и водостойкостью, чем обычные из-вестково-песчаные растворы. Широко применялась при строительстве пор­тов и считалась одной из лучших добавка, добываемая у города Путеол (современный Поццуоли). Поэтому в дальнейшем добавки, повышающие во­достойкость извести, были названы пуццоланами. Римлянам было известно много месторождений пуццоланы на территории обширной империи. Многие из них (саниринова земля, баколийская пуццолана, рейнский трасс и др.) применяются строителями и поныне.

Таблица 2

Состав сухих облицовочных смесей

Наименование компонентов сухой смеси	Содержание компонентов, % по массе, для смесей марок (классов)
	М 50 (В3,5)	М 100 (В7,5)	М 150 (В10)	М 200 (В15)
Песок кварцевый крупностью не более 1,2 мм	88,66	81,0	73,7	67,5
Портландцемент ПЦ-400	10,5	19,0	26,3	32,5
Карбоксилметил-целлюлоза (КМЦ) марки 48/350	0,5	-	-	-
Триполифосфат натрия технический (ТПФН)	0,22	-	-	-
Метилцеллюлоза М100	0,1	-	-	-
Поверхностно- активное вещество М30	0,02	-	-	-

Физико-механические свойства штукатурных покрытий и основания

Материалы штукатурного покрытия и основания	Плотность, кг/м3	Модуль упругости Е-10-2,МПа	Коэффициент Пуассона v	Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м*К)	КЛТР α*10-6 1/К	Удельная теплоёмкость С, Дж/(кг*К)
Кирпич	1400	7,5	0,2	0,523	4,0	815,2
Цементно-песчаный раствор	2200	11,3	0,22	0,930	12,1	837,4
Известково-опочно-цементный раствор	1700	5,5	0,23	0,639	10,4	828,3

Известковые растворы с гидравлической добавкой в виде молотого кир­пича («цемянки») использовались при строительстве в Киевской Руси (Киев, Новгород, Суздаль и др.).

Англия, одна из могущественных морских держав, не имела своих гид­равлических добавок. Джон Смит, исследуя известь из различных известня­ковых пород, пришел к выводу, что изделия на ее основе водостойки. В даль­нейшем Джеймсом Паркером был получен патент на романцемент-продукт обжига глинистых мергелей. Название было выбрано из рекламных сообра-жений, желая подчеркнуть, что новое вяжущее по водостойкости не уступает римским извесково-пуццолановым смесям.

Восстановление Москвы после войны 1812 г. связано с цементом, кото­рый Егор Челиев научился получать из смеси извести и глины при темпера­туре 1100-1200 °С.

Возникновение технологий строительных материалов на основе силика­тов связано, наряду с вяжущими, в значительной степени и с керамикой.

Дошедшие до нас доисторические находки позволяют отнести начало керамики за 15000 лет до нашей эры. Это подтверждают, например, результа­ты определения количества слоев над найденными в русле Нила керамиче­скими изделиями.

Наблюдения, что след ноги отпечатывается в речном иле и сохраняет свою форму, что влажная жирная земля пристает к разным предметам и т. п., издавна привлекали человека к непосредственной оценке свойств глиняного грунта. Человек ледникового периода эпохи палеолита и неолита уже изго­товлял ручным способом земляную посуду. Об этом свидетельствуют наход­ки в Германии, Англии и Бельгии. В Америке были открыты керамические изделия доисторического периода. Это свидетельствует об одинаковом раз­витии доисторического человека Америки по сравнению с Европой, Азией и Африкой.

Греки и римляне переняли искусство гончарного производства из Асси­рии, Вавилона, Ирака (Персии) и Египта. Египтяне были знакомы с обжигом и цветной глазурью. Мозаичный кирпич ассирийских храмов свидетельствует о богатстве красочных украшений у ассирийцев. С другой стороны, сохра­нившиеся от древних времен остатки стен говорят о том, что в те эпохи упот­реблялись просто высушенные на солнце кирпичи, связанные рубленой со­ломой, пропитанной древесным воском или битумом. Египетские гробницы (пирамиды и гробницы фараонов) также свидетельствуют о том, что в техни­ке производства гончарных изделий не использовалось машинное производ­ство. Гомогенизация глиняной массы производилась утаптыванием ногами. Пустотелые сосуды формовались на гончарном круге, а кирпичные - в ко­робчатых формах.

По примеру египтян, ассирийцев и вавилонян гончарное производство было чрезвычайно популярно у греков, причем такие художники как Фидий, Поликлет, Мирон и др. не гнушались давать гончарные эскизы для ваз. В древнем Риме во время Октавиана-Августа глиняные сосуды ценились так дорого, что некоторые особо ценные экземпляры продавались на вес золота. Римские легионеры всегда имели при себе своих кирпичников и гончаров. Повсюду, где основывались военные поселения, развивалось искусство гон­чарного производства.

Независимо от римлян, этрусские племена в Нижней Италии довели гон­чарное производство, в особенности изготовление глазури, до высокой сте-

пени совершенства. У галлов и германцев можно найти своеобразные экзем­пляры изделий в виде урн для съестных припасов или ваз с драгоценностями, оставленные в могилах умерших героев, которые безусловно не римского происхождения.

Великое переселение народов разрушило, наряду с прочей культурой, и искусство гончарного производства. Потребовалось много времени, прежде чем оно смогло снова возродиться в Европе. Забытое искусство воскресает впервые в Испании, двигаясь с востока через Север Африки, и расцветает в областях, оккупированных маврами.

Искусство испанских мавров долго не проникало за пределы подвласт­ных мавританскому оружию областей. Прошло несколько столетий, прежде чем остальная Европа познакомилась с успехами керамики мавров. Итальян­цы первыми ознакомились с техникой эмалевого искусства, перенесенного маврами с оружия на глиняные изделия. На острове Майорка впервые появи­лись разукрашенные глазурью кирпичи и другие предметы. Они известны под именем «майолики». В качестве главных представителей майоликового искусства, существовавшего до XVII столетия, известны: флорентинец Лука делла Робиа, применявший примерно с 1438 года оловянную глазурь или по­ливу (белую по синему фону), затем Джордже Андреоли из Павии, изобрет­ший особо медный рубиново-красный люстр, придавший глазури своеобраз­ный, с металлическим отблеском глянец и, наконец, Джинори из предместий Флоренции, род которого существует поныне и занят производством, нача­тым его предком.

Керамические изделия, изготовленные в Фаэнцу, известны под именем фаянса. Фаянсовыми принято было считать изделия, являющиеся той же майоликой, но покрытые прозрачной, большей частью цветной глазурью. Большим мастером средневековой керамики во Франции являлся Бернар Па-лисси, изделия которого отличались разнообразными фасонами и прекрасной блестящей глазурью. Производство каменного товара находилось в расцвете начиная с XI века в Германии. «Каменный товар» характеризует плотная спекшаяся масса, которая от удара стали дает искры, и соляная глазурь, по­лучающаяся от разложения поваренной соли, бросаемой в огонь в конце об­жига. Производство каменного товара, покрытого соляной глазурью, из­вестно с XI века. В XII столетии оно развивалось вдоль течения Рейна. Рейн­ский каменный товар ввозился во Францию, Голландию и Англию.

В Голландии с древних времен изготавливались прекрасные глиняные изделия, которые впоследствии вывозились в Англию. Керамические изделия Дельфта в отношении формы и декорирования являются подражанием азиат­скому фарфору. В Англии керамическое производство появилось в относи­тельно позднее время. Только немногие старинные изделия английского про­исхождения указывают на их производство в средние века. Англия покрывала свою потребность импортом. Гончарные изделия, хотя и изготавливались для

употребления, были грубой выделки и малой прочности. В конце XV века пили в Англии из кожаных кубков. Поэтому французы этого времени говори­ли об англичанах, что те пьют их своих сапог. В 1570 году Андриес и Янсон из Антвертена основали в Лэмбесе гончарную фабрику. Впоследствии в Лэм-бес эмигрировали братья Элерс, которые и стали основателями британской керамической промышленности. Большим мастером этого производства, поднявшим его до мировой известности, был Джозиа Веджвуд, родившийся в 1730 году. Он с помощью различных металлургических окислов добивался подражания агату, яшме и другим цветным камням. С 1759 года Веджвуд из­готовляет белый фаянс, Ричард Чефферс с 1752 года - костяной фарфор, а Штадлер и Грин примерно в то же время применяют искусство печатания на фаянсе.

Новый подъем керамического производства в Европе начинается с мо­мента изготовления Иоганом Фридрихом Бетгером в 1709 году фарфора, из­вестного китайцам еще за 600 лет до нашей эры. С 1710 года открывается первая фарфоровая фабрика. Белый фарфор быстро вытеснил налаженное с 1706 года в Дрездене производство красного каменного товара. Независимо от работ Бетгера опыты проводились Реомюром и Мореном во Франции. Ре­зультатом их явилось открытие так называемого мягкого фриттового фран­цузского фарфора, напоминающего молочное стекло. Порошкообразно рас­толченное молочное стекло смешивалось с глинистым мергелем. К этой сме­си для большей пластичности добавлялся клей. Красивое молочно-белое стекло вследствие своей ломкости шло лишь на изготовление предметов рос­коши. Изготовление настоящего фарфора во Франции развертывается с 1774 года после открытия каолина.

С открытием твердого фарфора дальнейшее развитие производства ке­рамических изделий не прекратилось. Появились новые виды «мягкого» фарфора, названного в честь Зегера «зегеровским фарфором». Потребность в аппаратах и приборах для химической промышленности, в изоляторах высо­кого напряжения для промышленности привели к составлению новых кера­мических масс. Новейшие разработки художественного порядка состояли в изобретении красок, способных выдержать большой «огонь» при обжиге, и цветных глазурей. Благодаря улучшению масс каменного товара, разработке цветных глазурей, в том числе полученных Зегером бессвинцовых глазурей для фаянса, производство керамических изделий значительно усовершенст­вовалось.

В XIX веке началось широкое применение каменного товара в химиче­ской промышленности. В Англии были впервые изготовлены кислотоупор­ные изделия для химической промышленности (краны, цистерны, змеевики и прочее). В Германии в 1836 году был построен первый завод кислотоупорной керамики, разросшийся в крупнейший комбинат в Шарлоттенбурге.

Историческое развитие производства огнеупорных изделий шло в тесной связи с развитием потребляющих их отраслей промышленности: металлурги­ческой, стекольной, цементной, энергетической. Родиной огнеупорной про-

мышленности является Англия, где в 1822 году впервые был изготовлен ди­нас. Возникновение огнеупорной промышленности в Америке относится к 40-м годам и в Германии к 50-м годам XIX века. С 1880 года стал применять­ся в качестве огнеупорного материала - магнезит, а с конца XIX века, благо­даря мощному развитию металлургии, стали использоваться новые виды вы­сокоогнеупорных естественных материалов: корунд, циркон, андалузит, киа­нит, хромит, карборунд.

В конце XIX века, в связи с ростом промышленности и научных иссле­дований, керамическая промышленность приобрела ведущее значение в США.

Производство керамических изделий в России относится к очень давним временам. Найденные при археологических раскопках образцы расписной посуды, ваз и прочего указывают на их большую древность и высокую техни­ку производства. Лепные украшения древних русских соборов (Владимирский, Новгородский и др.) могут служить образцами древнерус­ского гончарного производства. В Средней Азии, на берегу Черного моря, в Киевской Руси для строительства укреплений и храмов в конце X века начали изготавливать кирпич. В Древней Руси в качестве облицовочного материала с X века начали применять глазурованные расписные изразцы для облицовки наружных стен и полов. Изразцы с национальным орнаментом были широко распространены для украшения дворцов в Средней Азии (Коканде, Самар­канде и т. д.). Керамические трубы с пористым черепком без глазурного по­крытия начали применяться для подачи воды на территории Руси с VI - VII веков нашей эры. Постройка первого фарфорового завода около Санкт-Петербурга относится к 1744 году. В Московской губернии в 1756 году Гард­нером был открыт второй фарфоровый завод. Фаянсовый завод появился в 1798 году в Межигорье (под Киевом). В дальнейшем фарфорово-фаянсовая промышленность непрерывно развивалась. В области художественного фар­фора продукция России получила мировую известность. Посудо-гончарное производство получило особое развитие в районе Гжели. Первым заводом каменного товара, возникшим в конце XIX века, был завод Вахтера в Борови-чах. В 1880 году в Боровичах построен первый завод огнеупорных изделий.

Промышленное машинное производство керамических изделий получи­ло широкое развитие в XIX - XX веках. Были созданы машины для обработ­ки массы, прессы пластического формования и полусухого прессования, су­шилки и печи периодического и непрерывного действия. Интенсивное разви­тие производства изделий строительной керамики начинается в 60-е годы XX века. В этот период восстанавливаются старые и строятся новые заводы, устанавливаются туннельные печи и другие агрегаты и машины непрерывно­го действия.