CC BY
15УДК 691.42
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-769-4-44-49
В.Д. КОТЛЯР1, д-р техн. наук ([email protected] ), Ю.В. ТЕРЁХИНА1, инженер ([email protected]), А.В. КОТЛЯР1, канд. техн. наук ([email protected]), Р.А. ЯЩЕНКО1, инженер ([email protected]); Ю.В. ПОПОВ2, канд. геол.-мин. наук ([email protected])
1 Донской государственный технический университет (344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1)
2 Южный федеральный университет (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б. Садовая, 105/42)
Особенности применения
дорожного клинкерного кирпича светлого цвета
Изучены причины образования коричневого налета на светлом клинкерном кирпиче для мощения (белый, светло-серый) в процессе эксплуатации. Проведены испытания кирпича, определен его минералогический состав, изучена природа вторичной окраски кирпича, а также материалы основания при укладке кирпича. Выявлены две причины образования налета, связанные с укладкой кирпича. Участок, на который был уложен клинкерный кирпич, характеризовался близким к поверхности уровнем минерализованных грунтовых вод, и испарение влаги с поверхности преобладало над ее поглощением грунтом в теплый период года. Т.е. все растворенные в грунтовой воде соли мигрировали на поверхность кирпича по хорошо проницаемым песчаным швам кладки между изделиями. В основании под кирпичом содержались железистые минералы, в частности гематит, при гидратации которого образовывались гидроксиды железа. Также гематит вступал в реакцию с сульфатами грунтовых вод с образованием сульфатов железа. Это подтверждает большее содержание серы именно на участках с налетом и наличие пленки, похожей на кристаллогидраты. Анализ проведенных исследований позволил разработать рекомендации для выполнения работ по мощению клинкерным кирпичом, разработать мероприятия по устранению уже имеющегося налета. Результаты исследований доказали, что потеря эстетического вида клинкерного кирпича для мощения обусловлена не плохим качеством кирпича, а несовершенством технологии его укладки.
Ключевые слова: клинкерный кирпич, испытания, налет, гематит, железо.
Для цитирования: Котляр В.Д., Терёхина Ю.В., Котляр А.В., Ященко Р.А., Попов Ю.В. Особенности применения дорожного клинкерного кирпича светлого цвета // Строительные материалы. 2019. № 4. С. 44-49. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-769-4-44-49.
V.D. KOTLYAR1, Doctor of Sciences (Engineering) ([email protected]), Yu.V. TEREKHINA1, Engineer ([email protected]), A.V. KOTLYAR1, Candidate of Sciences (Engineering) ([email protected]), R.A. YASHCHENKO1, Engineer ([email protected]); Yu.V. POPOV2, Candidate of Sciences (Geology and Mineralogy) ([email protected])
1 Don State Technical University (1, Gagarina Square, Rostov-on-Don, 344010, Russian Federation)
2 Southern Federal University (105/42, Bolshaya Sadovaya Street, Rostov-on-Don, 344006, Russian Federation)
Features of Application of Road Clinker Brick of Light Color
The reasons for the formation of a brown plaque on a light clinker brick for paving (white, light gray) during operation are studied. Tests of brick were conducted, its mineralogical composition was determined, the nature of the secondary color of the bricks and materials of the base when laying brick were studied. There are two reasons for the formation of plaque associated with laying bricks. The area on which clinker brick was laid was characterized by the level of mineralized groundwater close to the surface, and evaporation of moisture from the surface prevailed over its absorption by the soil in the warm season of the year. I.e., all dissolved in the ground water salts migrated to the surface of the bricks through well permeable sandy masonry joints between products. The base under the bricks contained ferruginous minerals, particularly hematite, when hydrating which the hydroxides of iron were formed. Hematite also reacted with sulphates in groundwater with the formation of ferric sulphates. This confirms the higher sulfur content in areas with plaque and the presence of a film similar to crystalline hydrates. The analysis of the studies conducted made it possible to develop recommendations for performance of paving works with clinker bricks, to develop measures for elimination of already available plaque. The results of the studies proved that the loss of the aesthetic appearance of the clinker bricks for paving was caused not due to poor quality of brick, but the imperfection of the technology of its laying.
Keywords: clinker brick, tests, hematite, iron.
For citation: Kotlyar V.D., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V., Yashchenko R.A., Popov Yu.V. Features of application of road clinker brick of light color. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 4, pp. 44-49. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-769-4-44-49 (In Russian).
Клинкерный кирпич для мощения приобретает все большую популярность в нашей стране. Это закономерный процесс, так как его высокая прочность и малая истираемость, устойчивость к биологической и химической коррозии, морозостойкость и долговечность обеспечивают эксплуатацию в течение многих лет [1—2]. Основным сдерживающим фактором для его широкого применения остается цена в сравнении с бетонной тротуарной плит-
кой. В России только Никольский кирпичный завод (ООО «ЛСР. Стеновые-СЗ») стабильно выпускает дорожный клинкерный кирпич и является лидером рынка российского кирпича для мощения [1—4]. Однако мощностей отечественных производителей не хватает, и основная масса изделий завозится из-за рубежа (Германия, Нидерланды, Бельгия). При этом, несмотря на сложную экономическую ситуацию, спрос в последние годы на
Рис. 1. Варианты архитектурно-ландшафтных решений с применением клинкерного кирпича светлых тонов, представленные на сайте Никольского кирпичного завода (www.lsr-kirpich.ru/collection/trotuarnyj-klinker/)
тротуарный клинкер только увеличивается.
Особым вниманием у потребителей, производителей и технологов пользуется клинкерный кирпич светлых цветов (белый, бежевый, серый, персиковый и т. п.). С одной стороны, получить такой кирпич достаточно затруднительно, так как запасы свет-ложгущегося спекающегося сырья весьма ограничены и оно в основном используется для тонкой керамики [5—8]. С другой стороны, сочетание светлого и темного кирпича позволяет создавать разнообразные, весьма привлекательные архитектурно-ландшафтные композиции (рис. 1) [9].
Однако применение клинкерного дорожного кирпича светлого цвета иногда сопряжено с негативными явлениями. На кирпиче могут появляться пятна различной окраски, не смываемые водой, что существенно ухудшает внешний вид изделий. На рис. 2 показан уложенный клинкерный кирпич Никольского кирпичного завода белого («Венеция») и светло-серого цвета («Стокгольм») с коричневатыми пятнами на поверхности, появившимися через три месяца после укладки в теплый период года на одном из крупных объектов на Юге России.
Для установления причин возникновения налета на клинкерном дорожном кирпиче свет-
Рис. 2. Уложенный клинкерный кирпич с коричневыми пятнами на поверхности
лых цветов была проведена комплексная экспертиза, состоящая из нескольких этапов.
На первом этапе был испытан кирпич, отобранный из дорожного покрытия и из упакованных транспортировочных поддонов; на втором этапе изучена природа налета и вторичной окраски кирпича; на третьем этапе были изучены материалы основания и после этого были сделаны выводы о причинах образования коричневого налета.
Как показали испытания, проведенные в аккредитованном испытательном центре университета, согласно ГОСТ 32311—2012
«Кирпич керамический клинкерный для мощения. Технические условия», кирпич отвечает требованиям по необходимым показателям качества (табл. 1). У серого кирпича выявлено повышенное водопоглощение, однако это, как показали дополнительные испытания, не является причиной образования налета.
На первом этапе авторами был изучен минеральный состав кирпича с помощью рентгено-структурного анализа. На рис. 3 показаны рентгенограммы белого, серого и коричневого кирпича. Общие данные показали, что на коричневом кирпиче также
Ц научно-технический и производственный журнал
-/f^^J^f апрель 2019 45
Таблица 1
Свойства клинкерного кирпича
Вид кирпича Показатель, требуемое значение
Плотность, не менее 2100 кг/м3 Водопогло-щение, не более 2,5 % Предел прочности при изгибе, не менее 7,5 МПа Кислото-стойкость, не менее 95% Истираемость, не более 1,5 г/см2 Наличие высолов, не должно быть
Кирпич бежевый 2190 1,99 12,7 99,7 0,68 Отсутствуют
Кирпич серый 2170 3,21 11,4 98,3 0,87 Отсутствуют
Кирпич коричневый 2220 1,16 13,3 96,1 0,93 Отсутствуют
образуется налет, но в силу цвета кирпича он незаметен.
Расшифровка рентгенограмм показала, что минеральные фазы в бежевом и сером кирпиче представлены кварцем (4,24; 3,34; 2,45; 2,28; 2,12; 1,98; 1,81; 1,67; 1,54 Ä), муллитом (3,35; 5,4; 2,54; 2,2; 1,52 Ä), лейцитом (5,3; 3,43; 3,24 Ä), а также минералами из группы андалузита. На коричневом кирпиче дополнительно прослеживаются пики гематита (2,52; 2,69; 1,83 Ä), что закономерно, учитывая цвет кирпича. Таким образом, теоретически только на коричневом кирпиче может образовываться коричневый налет за счет присутствия гематита, но в силу цвета кирпича налет явно не проявляется.
Для определения природы и состава налета на уложенных изделиях были проведены элек-тронно-зондовые исследования поверхности кирпича. Исследования микроструктуры и элементного состава поверхности образцов выполнялись на растровом электронном микроскопе VEGA II LMU (фирмы Tescan) системой энергодисперсионного микроанализа INCA ENERGY 450/XT (детектор Silicon Drift (ADD)). Изображения получали с использованием детектора BSE. Детектор BSE (отраженных или обратнорассеяных электронов) — кольцевой детектор отраженных электронов сцинтиля-торного типа (YAG кристалл) с разрешением по атомному номеру ~ 0.1; обеспечивает получение информации о фазовой и химической неоднородности материала (фазы и участки, имеющие более высокий средний атомный вес окрашены в более светлые оттенки).
Угол 20
Угол 20
Рис. 3. Рентгенограммы белого (а), серого (б) и коричневого кирпича (в)
Определение элементного состава и элементное картирование выполнены системой энергодисперсионного микроанализа INCA ENERGY 450/XT на уровне полуколичественного анализа (размеры фаз и толщина пленки в некоторых случаях меньше области генерации аналитического сигнала, что исключает получение корректных количественных данных). Исследования проводились при ускоряющем напряже-
нии 20 кВ. Элементы легче № не определялись (кислород определен полуколичественно). Отклонение результатов от 100% обусловлено присутствием водосо-держащих соединений, в том числе в форме ОН-, пористостью и неровностью анализируемой поверхности. Результаты данных исследований показаны для серого кирпича на рис. 4—7. Результаты для белого кирпича практически идентичны.
ЮОмкт
Рис. 4. Поверхность серого кирпича, покрытая налетом (темная область)
Анализ полученных результатов показал, что новообразования на поверхности кирпича представляют собой пленку, преимущественно состоящую из оксидов и гидроксидов железа. Для пленки характерно присутствие марганца (<0,2 мас. %) и переменного количества хлора (обычно порядка от ~0,5 до ~3 мас. %). Участок с железистой фазой состоит большей частью из оксида железа — содержание железа составляет 60—65%. Повышенное содержание хлора объясняется неудачными попытками строителей удалить коричневый налет на кирпиче раствором соляной кислоты.
Исследования материалов основания под уложенным клинкерным кирпичом показали, что оно состоит из смеси природного щебня (нижний слой) и песка из техногенного сырья (верхний слой), представленного попутными материалами, образующимися при переработке угольных отвалов (рис. 8). При этом верхний слой основания включает около 10% фракции менее 0,16 мм (пы-леватая фракция), которая в свою очередь на 60% состоит из железистых магнитных минералов — магнетита, гематита, глауконита (рис. 9). Магнетит является неустойчивым минералом в поверх-
Рис. 5. Области съемки поверхности серого кирпича без налета (1); с налетом (2) и железистая фаза (3)
Рис. 6. Спектры EDX участка поверхности серого кирпича без коричневого налета
Рис. 7. Спектры EDX участка поверхности кирпича с коричневым налетом
ностных условиях и постепенно переходит в гематит по формуле:
4F3O4 + O2
6Fe2O3
с изменением цвета минерала на красновато-коричневый.
Результаты проведенных исследований позволили определить
Таблица 2
Результаты полуколичественного анализа участков образца, вес. %
Участок поверхности O Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ti Cr Mn Fe
Без налета 49,97 0,58 0,51 11,42 29,24 0,07 0,02 0,51 1,68 0,71 0,8 0,14 0,03 1,08
С налетом 45,98 0,39 0,77 9,11 21,92 0,14 0,16 2,95 1,35 1,39 0,68 0,12 0,2 9,02
апрель 2019
47
Рис. 8. Основание под уложенным клинкерным кирпичом
причины образования коричневатого налета на поверхности уложенного клинкерного кирпича. И в данном случае сыграли роль несколько факторов. Во-первых, участок, на который был уложен клинкерный кирпич, характеризовался близким к поверхности уровнем минерализованных грунтовых вод и испарение влаги с поверхности преобладало над ее поглощением грунтом в теплый период года, т. е. растворенные в грунтовой воде соли мигрировали на поверхность кирпича по хорошо проницаемым песчаным швам кладки между изделиями. Во-вторых, в песке основания под
кирпичом содержались железистые минералы, и в частности, гематит, который подвергался гидратации с образованием гидро-ксидов железа, а также вступал в реакцию с сульфатами грунтовых вод с образованием сульфатов железа. Это подтверждает большее содержание серы именно на участках с налетом и наличие пленки, похожей на кристаллогидраты. В свою очередь, растворы сульфата железа(П) под действием кислорода воздуха постепенно окисляются, переходя в сульфат же-леза(Ш). Происходящие при образовании налета химические процессы гораздо сложнее, но по
Рис. 9. Магнитные железосодержащие минералы фракции <0,16 мм основания под уложенный кирпич
нашему мнению, описанные факторы отражают суть негативного явления.
Анализ проведенных исследований позволил нам разработать рекомендации для выполнения работ по мощению различных участков клинкерным кирпичом, разработать мероприятия по устранению уже имеющегося налета. Научное объяснение возникновения дефекта готового покрытия во время эксплуатации позволяет не только выявить его истинную причину, но и обеспечить бездефектную эксплуатацию покрытий при условии соблюдения рекомендаций по укладке.
Список литературы
References
1. Котляр В.Д., Терёхина Ю.В., Котляр А.В. Особенности свойств, применение и требования к клинкерному кирпичу // Строительные материалы. 2015. № 4. С. 72-74. DOI: https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2015-724-4-72-74
2. Шлегель И.Ф. О рациональном применении клинкерного кирпича (в порядке обсуждения) // Строительные материалы. 2017. № 8. С. 42-44. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-751-8-42-43
3. Езерский В.А. Клинкер. Технология и свойства // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 79-81.
4. Корепанова В.Ф., Гринфельд Г.И. Производство клинкерного кирпича на Никольском кирпичном заводе Группы ЛСР // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 10-13.
5. Кара-Сал Б.К., Серен Ш.В., Сат Д.Х. Клинкерный кирпич на основе нетрадиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 4 (712). С. 51-58.
6. Котляр А.В. Технологические свойства аргил-литоподобных глин при производстве клинкер-
1. Kotlyar V.D., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V. Features of properties, application and requirements to a clinker brick. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 4, pp. 72-74. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2015-724-4-72-74
2. Schlegel I.F. About rational application of a clinker brick (as discussion). Stroitel'nye Materialy. [Construction Materials]. 2017. No. 8, pp. 42-44. (in Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-751-8-42-43
3. Ezerskii V.A. Clinker. Technology and properties. Stroitel'nye Materialy. [Construction Materials]. 2011. No. 4, pp. 79-81. (In Russian).
4. Korepanova V.F., Grindfeld G.I. Production of a clinker brick at Nikolsky brick-works of the LSR Group. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 4, pp. 10-13. (In Russian).
5. Kara-sal B.K.O., Seren Sch.V., Sat D.H.O Clinker brick on the basis of nonconventional materials. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Stroitel'stvo. 2018. No. 4 (712), pp. 51-58. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал ö'J'fJCJi,J'/5JJ-jj-|jjJ5 Ii апрель 2019
ного кирпича // Вестник Томского государ- 6. ственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 2 (55). С. 164-175.
7. Kotlyar A.V., Lapunova K.A., Lazareva Y.V., Orlova M.E. Effect of Argillites Reduction Ratio on Ceramic Tile and Paving Clinker of Low- 7. Temperature Sintering // Materials and Technologies
in Construction and Architecture. Materials Science Forum Submitted. 2018. Vol. 931, pp. 526-531.
8. Яценко Н.Д., Голованова С.П. Белизна минералов керамики и клинкера белого портландце- 8 мента в зависимости от содержания хромофоров. Пром-Инжиниринг: Труды международной научно-технической конференции. ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» (Национальный исследовательский университет). 2015. С. 136-140.
9. Божко Ю.А. Технологические и эстетические 9. особенности клинкерного кирпича в современной архитектуре // Вестник науки и образования Северо-Запада России. 2017. Т. 3. № 1. С. 148-153.
Kotlyar A.V. Technological properties the argilli-topodobnykh of clays by production of a clinker brick. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitek-turno-stroitel'nogo universiteta. 2016. No. 2 (55), pp. 164—175. (In Russian).
Kotlyar A.V., Lapunova K.A., Lazareva Y.V., Orlova M.E. Effect of Argillites Reduction Ratio on Ceramic Tile and Paving Clinker of Low-Temperature Sintering. Materials and Technologies in Construction and Architecture. Materials Science Forum Submitted. 2018. No. 931, pp. 526-531. Yacenko N.D., Golovanova S.P. Whiteness of minerals of ceramics and clinker of the white portlandt-sement depending on the content of chromophores. Prom-Engineering: works of the international scientific and technical conference. FGBOU VPO "southern Ural State University " (national research university). 2015. pp. 136-140.
Bozhko Yu.A. Technological and esthetic features of a brick brick in modern architecture. Vestnik nauki i obrazovaniya Severo-Zapada Rossii. 2017. Vol. 3. No. 1, pp. 148-153. (In Russian).
(J научно-технический и производственный журнал
Л] ® апрель 2019 49
