CC BY
303
Г. Р. Фасеева, А. М. Салахов, А. И. Хацринов СТРУКТУРА ПОР И СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КИРПИЧА
Ключевые слова: керамический кирпич, силикатный кирпич, равновесная влажность, пористость, применение.
В статье приведены сравнительные характеристики керамического и силикатного кирпича, в частности, данные по равновесной влажности различных строительных материалов от влажности окружающей среды и пористости силикатного кирпича в сравнение с другими материалами. Показаны основные области применения.
Key words: ceramic and silicate brick, equilibrium moisture, porosity, application.
The article presents the comparative characteristics of ceramic and silicate brick, in particular the data on equilibrium moisture content of various building materials from the ambient humidity and porosity of silica bricks in comparison with other materials. The basic scope.
По традиции, различают кирпич керамический и силикатный. Схожи они, пожалуй, только размерами, так как и материалы, и методы изготовления материала в этих двух случаях совершенно разные.
Керамический кирпич один из древнейших среди современных строительных материалов, который и в наши дни остаётся самым удобным, тёплым наиболее экологичным и легко поддающимся повторному использованию. В процессе изготовления кирпич приобретает те уникальные прочностные, теплозащитные, морозостойкостные характеристики, благодаря которым он стал в настоящее время строительным материалом номер один. Номенклатура изделий строительной керамики постоянно совершенствуется, ежегодно появляются новые материалы, более эффективные с точки зрения выполнения конкретных функций (теплоизоляция, звукоизоляция, восприятие статистических и иных перегрузок). Общий ассортимент подобных изделий, выпускаемых одновременно современным кирпичным заводом, может превышать 100 наименований [1].
По сравнению с древним керамическим кирпичом силикатный кирпич более «молодой». В основу производства силикатного кирпича положен способ получения гидросиликата кальция, предложенный в 1880 г. немецким ученым Михаэлисом. И только для России этот материал приобрел такое распространение. Он предназначался в первую очередь для промышленного и сельско -хозяйственного строительства [2].
Отличительной особенностью керамического кирпича является его абсолютно сухое состояние при завершении технологического процесса. Содержащаяся в шихте гигроскопическая влага полностью удаляется в диапазоне температур 120-1800С. Химически связанная вода из шихты (кристаллизационная) удаляется во время обжига при 480-5800С. Небольшое увлажнение до воздушно- сухого состояния (0,1-0,2%) керамический кирпич приобретает в процессе доставки на стройплощадку. Бетонные камни и силикатный кирпич после автоклавной обработки имеют влажность 16-18%.
Сравнительные данные равновесной влажности различных строительных материалов от влажности окружающей среды представлены на рис.1.
Рис. 1 - Диаграммы зависимости равновесной влажности различных строительных материалов от относительной влажности воздуха
Как видно из этих данных, керамический кирпич имеет самую низкую равновесную влажность, она на много ниже, чем влажность силикатного кирпича [3].
Поскольку кладку выполняют на цементно-песчаном растворе- материале, «родственном» бетонным камням и силикатному кирпичу, то стены из них дополнительно практически не увлажняясь, продолжают сохранять технологический уровень влажности еще длительное время после окончания строительства. Керамический же кирпич, наоборот, в процессе укладки в стену приобретает дополнительное увлажнение от кладочного раствора, но, тем не менее, влажность стены из него значительно ниже, чем из бетонных камней и силикатного кирпича. Для кирпичных керамических стен не свойственна влажность в глубине стены.
Керамический кирпич аккумулирует тепло и предотвращает быстрое охлаждение жилища, когда прерывается подача тепла. Он является природным регулятором влажности, благодаря своей капиллярной структуре он принимает влажность комнаты и удерживает ее.
Благодаря капиллярам, которые образуются при обжиге керамического кирпича за счет испарения влаги (образуются мелкие поры и капилляры), кирпич имеет самую низкую остаточную влажность среди всех искусственно изготовленных стеновых строительных материалов от 1 до 1,5 объемных %. Динамика капилляров образуется путем переноса влаги из глубины стены к поверхностям испарения, что обуславливает экстремально короткое время высыхания кирпичных стен [4].
Основное применение силикатного кирпича [2] - кладка стен зданий и сооружений, защищенных от воздействия влаги, его нельзя применять для фундаментов. Не используют силикатный кирпич для стен в условиях повышенной влажности, поскольку он хорошо впитывает влагу, а также для кладок, подвергающихся воздействию высоких температур (выше 5000С), так как при высокой температуре происходит разложение его гидратных составляющих. Нежелательно также применение силикатного кирпича для открытых сверху
парапетов, поясков и тому подобных частей зданий, подвергающихся систематическому насыщению водой и замерзанию в этом состоянии.
Применение керамического кирпича более универсально, нежели использование силикатного. Керамический кирпич, в отличие от силикатного, можно применять для возведения фундаментов и цокольных этажей. Кроме того, керамический полнотелый кирпич менее активно впитывает влагу и при этом в меньшей степени подвержен разрушению. Агрессивное воздействие воды на сооружения из силикатного кирпича и бетона - давно установленный факт, так как данные материалы имеют особую пористую структуру.
Основным фактом [5], способствующим разрушению поверхности кирпича, является совместное действие атмосферной влаги и содержащихся в воздухе промышленных городов сернистых газов, дождевые потоки захватывают из атмосферы большое количество газообразных производственных выбросов, таких как оксиды углерода, серы, азота и фосфора, таких как аммиак, хлор и хлористый водород. Эти газы, растворяясь частично в воде, превращают дождь в кислотный раствор, разрушающе действующий на силикатный кирпич, бетон, мрамор, и другие материалы это приводит к коррозии и нарушению прочности наружного слоя, его загрязню, и к отслаиванию поверхностных корок. При этом увеличивается количество пор, капилляров и микротрещин, являющихся новыми очагами агрессии, и степень разрушения материала существенно возрастает. Для силикатного кирпича являющегося минеральным строительным материалом агрессивным является даже углекислый газ, так как при повышенной относительной влажности (боле 65%) происходит реакция гидрокарбонизции кальцита: СаСОз+СО2+Н2О=Са(НСОз)2. Образующийся гидрокарбонат кальция имеет повышенную водораствормость, происходит элементарное вымывание материала с дополнительными образованиями трещин, пор раковин и т. д. Кирпич стареет и разрушается.
К применению силикатного кирпича в качестве лицевого следует подходить осторожно [6], поскольку это противоречит законам строительной теплофизики, особенно при использовании слоистых конструкций стен с утеплителями. Как известно, силикатный кирпич представляет собой плотный известково-песчаный бетон с низкой пористостью и паропроницаемостью (не «дышит»). При диффузии водяных паров из жилых помещений в зимний период происходит конденсация влаги на внутренней поверхности фасада из силикатного кирпича с последующим накоплением и замерзанием воды в слое утеплителя, что резко снижает его теплоизоляционные свойства (теплопроводность воды в 20 раз, а льда в 80 раз выше, чем у воздуха). В итоге все затраты по утеплению стен оказываются бесполезными. По этой же причине не рекомендуется облицовывать силикатным кирпичом стены из ячеистых бетонов и «теплой керамики».
В отличие от силикатного, керамический кирпич является более пористым материалом («дышит», занимая по этому показателю 2 место после древесины) и за время многовековой практики положительно зарекомендовал себя в качестве лицевого. Пористая структура керамического кирпича выполняет функцию кондиционера и способствует высокой теплоизоляции стен и сохранению тепла, при этом не требуется применения дополнительных теплоизоляционных материалов. Поризованная керамика смягчает перепады температуры, как летом (из-за прерывистости солнечного излучения), так и зимой (из-за перепадов зимнего отопления), поэтому выполненные из поризованной керамики стены обеспечивают высокую комфортность проживания.
Поры в керамическом кирпиче могут иметь разный размер, от долей микрона до нескольких мм. Наиболее чаще встречаются поры в керамическом кирпиче с размером 1 мкм, что показано на рис. 2 [3].
Данные о пористости [3] силикатного кирпича в сравнение с другими материалами даны в таблице 1.
В табл. 1 показано, что доля пор в (%), имеющих размер менее 35 нм составляет в силикатном кирпиче 65%, т. е. значительно больше, чем у керамического кирпича (7%). Согласно исследованиям М.К. Гальпериной [6]поры с диаметром 0,1...0,3 - 10...20 мкм, эти поры наиболее опасны, так как при капиллярном всасывании они полностью заполняются водой, которая при замерзании и соответствующем увеличении в объеме создает в них растягивающие усилия (до 100 МПа и более), что приводит к разрушению материала.
Таблица 1 - Количество пор в (%), имеющих размер менее 35 нм
Материал Количество, %
Керамический кирпич 7
Легкий бетон 3S
Силикатный кирпич 65
Цементный раствор 6S
Силикатный кирпич имеет достаточно высокую равновесную влажность, а требования к современным конструкциям стен ставит вопрос о повышении морозостойкости лицевого кирпича, и соответственно и снижении водопоглащения. Изменяя технологические режимы и вводимые добавки, можно изменять размерность пор и здесь открывается возможность использования объема пор и среднего размера как одного из технологических параметров.
Литература
1. 1. Салахов, А.М. Производство строительной керамики/ А.М.Салахов [и др.] - Казань: Центр инновационных технологий, 2003. -292 с.
2. Хавкин, Л.М. Технология строительного кирпича / Л.М. Хавкин. - М.: Сройиздат, 1982 - 384 с.
3. J. Auboin, R. Brousse , J.P. Lehmann Precis de Geologie, Tome 1, Petrologie, Dunod, Paris 1968, 186 pg.
4. Zigel Lexicon, Zigelforum, Munchen. 1991. s. 7.
5. Песельник, В.Е. Исследование поведения силикатных облицовок фасадов зданий./ В.Е. Песельник.- М.,1956.-263 с.
6. Гальперина, М.К. Взаимосвязь пористой пористо-капилярной структуры и морозостойкости фасадных керамических плиток/ М.К. Гальперина, В.М. Егерев // Тр. НИИСтройкерамики. 1985. Вып. 55. - С. 5-15.
© Г. Р. Фасеева - асс. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ, Galiya_@mail.ru; А. М. Салахов - канд. техн. наук, доц. той же кафедры; А. И. Хацринов - д-р техн. наук, зав. каф. технологии неорганических веществ и материалов КГТУ.
cd
н о н о cd
35 nm / 1 ґ і
0.01pm 0.10pm 1. 00 urn
Размер пор
Рис. 2 - Диаграмма распределения размера пор
