CC BY
37УДК 691.42
Я.В. ЛАЗАРЕВА, инженер (yana-cherevkova@yandex.ru), К.А. ЛАПУНОВА, канд. техн. наук (keramik_kira@mail.ru), М.Е. ОРЛОВА, инженер (marina.nekrasova.96@list.ru), А.В. КОТЛЯР, инженер (toss871@yandex.ru)
Донской государственный технический университет (344000, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина 1)
Взаимосвязь водопоглощения и водонепроницаемости керамической черепицы из аргиллитоподобных глин
Приведены результаты экспериментов по определению взаимосвязи между водонепроницаемостью и водопоглощением керамической черепицы, получаемой на основе аргиллитоподобных глин, имеющих широкое распространение на Юге России. Показано, что с уменьшением водопоглощения водопроницаемость черепка закономерно уменьшается. Установлено, что при 5% водопоглощения черепицу можно считать гарантированно водонепроницаемой. Этот показатель не зависит от толщины черепицы. Доказано, что снизить водопоглощение и повысить предел прочности при изгибе черепицы на основе аргиллитоподобных глин возможно за счет более тонкого измельчения исходного сырья или повышения температуры обжига. Дано обоснование, что получение керамического камня с высокой прочностью и низким водопоглощением позволяет производить черепицу с меньшей толщиной и массой, а также с меньшей вероятностью биологической коррозии.
Ключевые слова: черепица, аргиллитоподобные глины, прочность, водопоглощение, водонепроницаемость, обжиг, измельчение.
Для цитирования: Лазарева Я.В., Лапунова К.А., Орлова М.Е., Котляр А.В. Взаимосвязь водопоглощения и водонепроницаемости керамической черепицы из аргиллитоподобных глин // Строительные материалы. 2018. № 5. С. 36-39.
Y.V. LAZAREVA, Engineer (yana-cherevkova@yandex.ru), K.A. LAPUNOVA, Candidate of Sciences (Engineering) (keramik_kira@mail.ru), M.E. ORLOVA Engineer (marina.nekrasova.96@list.ru), A.V. KOTLYAR, Engineer (toss871@yandex.ru) The Don State Technical University (1, Gagarin Square, 344000, Rostov-on-Don, Russian Federation)
Relationship of Water Absorption and Water Resistance of a Ceramic Tile from Argillith-Like Clays
The results of experiments to determine the relationship between water tightness and water absorption of ceramic tiles obtained because of argillite-like clays, which are widespread in southern Russia, are pre-sented. It is shown that with decreasing water absorption the water permeability of the shard is regularly reduced. It is established that with 5% water absorption, the tile can be considered guaranteed waterproof. This figure does not depend on the thickness of the shingles. It is proved that it is possible to reduce water absorption and increase the ultimate strength due to shingles based on argillite-like clays, due to fin-er grinding of the feedstock or an increase in the firing temperature. The justification is given that the production of a ceramic shard with high strength and low water absorption makes it possible to produce tiles with a smaller thickness and weight, as well as lesser probability of bio-logical corrosion.
Keywords: : tiles, argillite-like clays, strength, water absorption, water tightness, firing, grinding.
For citation: Lazareva Y.V., Lapunova K.A., Orlova M.E., Kotlyar A.V. Relationship of water absorption and water resistance of a ceramic tile from argillith-like clays. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2018. No. 5, pp. 36-39. (In Russian).
Керамическая черепица во всем мире является самым востребованным и распространенным кровельным материалом в гражданском строительстве. Благодаря своим свойствам она используется в строительстве уже около 4 тыс. лет. Черепица очень долговечный материал даже столетняя, она продолжает выполнять свои функции. Как правило, срок службы черепицы равняется сроку службы самого строения. Кровельные конструкции с усиленной стропильной системой и грамотно выполненная технология монтажа керамической черепицы позволяли эксплуатировать черепичные крыши веками без применения дополнительных защитных материалов и ремонтов. Керамическая черепица в сравнении с другими материалами имеет множество преимуществ: долговечность и надежность, пожаробезопас-ность и огнестойкость, привлекательные эстетические свойства. Она устойчива к ультрафиолетовому излучению, химически агрессивным дождям, ветру, перепадам температуры. Обладает низкой теплопроводностью и способностью поглощать шум, не накапливать статическое напряжение.
В нашей стране в силу субъективных и объективных причин со второй половины XX в. керамическая черепица практически не производилась и соответственно использовалась в строительстве крайне ограниченно. Интерес к ней заново проявился лишь в начале XXI в. [1—3]. В настоящее время наблюдается постоянно возрастающий спрос на керамическую черепицу. Даже несмотря на экономический кризис 2014 г., рост
продаж керамической черепицы не останавливался. Подтверждением этого является введение нового ГОСТа на керамическую черепицу.
В настоящее время керамическая черепица позиционируется как элитный кровельный материал. Во многом это обусловлено ее относительно высокой стоимостью. Квадратный метр обычной черепицы стоит 800—1000 р., черепицы глазурованной, ангобированной, с различными декоративными эффектами — в 2—3 раза дороже. Высокая стоимость связана с тем, что практически вся керамическая черепица завозится из-за рубежа. Это является серьезным сдерживающим фактором ее широкого применения. По нашим расчетам, при производстве в России стоимость черепицы могла бы быть в 2—3 раза меньше.
Основными тенденциями при производстве и применении керамической черепицы в настоящее время являются:
— большое количество вариантов ее декорирования глазурованием, ангобированием, объемным окрашиванием и т. д. Это увеличивает разнообразие, ассортимент и позволяет придать уникальность и неповторимость каждому отдельному зданию;
— стремление к увеличению прочности обожженного материала (камня);
— стремление к снижению водопоглощения изделий и соответственно водопроницаемости.
Увеличение прочности обожженного материала (керамического камня) и снижение водопоглощения позво-
научно-технический и производственный журнал
12 110
i 6
о
^ 4 -
о H m 2
1080 1060 10401020 1000 980 960 _
Температура обжига»С 960 940 920 900
02' измельчения, мм Температура 900 0,2 обжига, оС 900
Рис. 1. Влияние температуры обжига и степени измельчения на водо-поглощение
ляют уменьшить толщину изделий и соответственно их массу [2, 4, 5]. Это является общей тенденцией многих производителей. Достижение высокой прочности и низкого водопоглощения становится возможным только при сильном спекании керамического камня. Испытания, проведенные нами, показали, что водопоглощение черепицы ведущих производителей Европы — BRAAS, Теггеа1, TONDACH AG, СгеаШп, ЕЯЦиБ колеблется в интервале 2-6%, 35-50
,2
а масса 1 м2 кровельного покрытия составляет кг. При этом, согласно ГОСТ Р 56688-2015 «Черепица керамическая. Технические условия», масса 1 м2 из пазовой или S-образной черепицы в насыщенном водой состоянии должна быть не более 54 кг, из черепицы «монах-монашка» — не более 74 кг. Низкое водопо-глощение позволяет гарантировать некоторым производителям морозостойкость черепицы до 1000 циклов. Также, как правило, прочность черепицы превышает показатели, требуемые по ГОСТ Р 56688-2015, -6—12 МПа в зависимости от вида черепицы.
Организация производства керамической черепицы с такими показателями в нашей стране вызывает трудности, связанные прежде всего с ограниченными запасами спекающихся глин — способных после обжига давать керамический камень с водопоглощением менее 5% и высокими прочностными показателями. Также для черепицы очень важным показателем, учитывая ее форму и условия обжига, являются деформации, которые при обжиге должны быть минимальными. Подбор сырьевых масс для получения нужных характеристик является не простой технологической задачей с учетом экономических факторов.
Исследования, проводимые нами в последние годы совместно с региональными геологическими организациями, позволили выявить новое перспективное сырье для производства керамической черепицы — ар-гиллитоподобные глины и их разновидности [6—8]. Данные породы обладают специфическими свойствами и химико-минералогическим составом. Для них характерна плохая раз-мокаемость в воде, повышенное в сравнении с суглинками содержание оксида калия и алюминия, наличие слюд и гидрослюд различных морфологических типов, повышенный предел прочности при изгибе обожженного материала, четкая зависимость свойств изделий от взаимосвязи тем-
Рис. 2. Влияние температуры обжига и степени измельчения на предел прочности при изгибе
пературы обжига и степени измельчения сырья [9, 10]. На рис. 1 и 2 в качестве примера приведены зависимости водопоглощения и предела прочности при изгибе для аргиллитоподобной глины Южно-Черевковского месторождения.
Как видно, обожженный материал на основе ар-гиллитоподобных глин обладает высоким пределом прочности при изгибе, что позволяет производить черепицу с меньшей толщиной и относительно низким водопоглощением. Показатели по водопоглощению менее 6% достигаются в зависимости от степени измельчения при температурах обжига 980—1060оС. Однако ГОСТ Р 56688—2015 «Черепица керамическая. Технические условия» не предусматривает требований по водопоглощению, а только указывает, что черепица должна быть водонепроницаемой. Причем изменился метод определения водонепроницаемости.
В нормативных документах прошлых лет для определения водонепроницаемости на образце устанавливали трубку с внутренним диаметром 25 мм и высотой 150 мм, заполняли водой, и если по истечении трех часов на нижней поверхности образца отсутствовали капли воды, черепица считалась водонепроницаемой. По ГОСТ Р 56688—2015 для определения водонепроницаемости черепицу укладывают на опоры лицевой поверх-
Рис. 3. Характер водонепроницаемости: а - с высокой водопроницаемостью; б -водопроницаемостью; в - с низкой водопроницаемостью; г - неводопроницаемая
со средней
научно-технический и производственный журнал
апрель 2018 37
№ п/п Водопогло-щение, % Параметры получения образцов Характер водонепроницаемости
Степень измельчения, мм Температура обжига, оС
1 >10 0-1,25 0-0,63 0-0,315 900-950 Капли крупные, появляются через 0,5-1,5 ч после начала проведения испытаний
6-10 0-1,25 0-0,63 0-0,315 950-1000 Капли мелкие, появляются через 3-6 ч после начала проведения испытаний
3 3-6 0-1,25 1050-1100 Поверхность образца через 4 ч влажная, местами с тонкой пленкой влаги
4 < 3 0-1,25 0-0,63 0-0,315 0-0,16 1050-1150 На поверхности образцов нет влаги, однако при водопо-глощении 2-3% ощущается, что образец влажный
ностью вверх и устанавливают на ней специальную разъемную рамку с размерами по длине и ширине на 10 мм меньше габаритных размеров образца. Зазоры между рамкой и кромками черепицы, а также крепежные отверстия герметизируют, при этом нижняя сторона черепицы должна быть хорошо видна. Рамку заполняют водой так, чтобы уровень воды находился на расстоянии не менее чем 10 мм над самым высоким рельефом черепицы, и выдерживают в течение 4 ч. Во время испытания постоянно поддерживают первоначальный уровень воды в рамке. По истечении 4 ч осматривают нижнюю поверхность черепицы и устанавливают наличие или отсутствие на ней капель воды.
Список литературы
1. Терехов В.А. Перспективы развития производства и применения керамической черепицы в России // Строительные материалы. 2002. № 12. С. 32—36.
2. Котляр В.Д., Лапунова К.А., Лазарева Я.В., Усепян И.М. Основные тенденции и перспективные виды сырья при производстве керамической черепицы // Строительные материалы. 2015. № 12. С. 28—31.
3. Салахов А.М., Туктарова Г.Р., Мочалов А.Ю., Салахова Р.А. Керамическая черепица в России была и должна быть // Строительные материалы. 2007. № 9. С. 18-19.
4. Лазарева Я.В., Котляр В.Д., Лапунова К.А., Ерёменко Г.Н. Основные направления развития дизайна и технологии производства керамической черепицы // Дизайн. Материалы. Технология. 2016. № 3 (43). С. 78-82.
5. Орлова М.Е., Лапунова К.А. Перспективные виды сырья для производства декорированной керамической черепицы. Наука сегодня: вызовы и решения: Материалы международной научно-практической конференции: В 2 ч. Вологда: ООО «Маркер», 2018. Ч. 1. С. 46-48.
6. Еременко Г.Н., Лапунова К.А., Лазарева Я.В. Керамическая черепица на основе аргиллитоподоб-ных глин // Инженерно-строительный вестник При-каспия. 2015. № 4 (14). С. 41-46.
При подборе сырьевых масс и технологических параметров для производства черепицы определение водонепроницаемости на стандартных образцах не представляется возможным. Рациональнее изучить водопо-глощение образцов с достижением определенных значений, а уже затем определять водонепроницаемость. В общем плане технологии керамики понятно, что чем меньше водопоглощение, тем меньше водопроницаемость. Однако водонепроницаемость зависит от многих факторов - общей пористости, размеров и формы пор, толщины образцов и т. д. Нами была проведена серия экспериментов с целью установления взаимосвязи между водопоглощением и водонепроницаемостью образцов на основе аргиллитоподобных глин, полученных при различных технологических параметрах. Испытания проводились двумя способами, которые показали похожие результаты на образцах с размерами 150x150x18 мм.
Результаты экспериментов показаны в таблице. По характеру водонепроницаемости все образцы условно разделили на четыре группы:
- с высокой водопроницаемостью - водопоглоще-ние более 10%;
- со средней водопроницаемостью - водопоглоще-ние 6-10%;
- с низкой водопроницаемостью - водопоглощение 3-6%;
- неводопроницаемая - водопоглощение 0-3% (рис. 3). Анализ полученных результатов показал, что для достижения гарантированной водонепроницаемости во-допоглощение черепицы на основе аргиллитоподобных глин не должно превышать 5%. Именно при таком во-допоглощении можно строить утепленные крыши с минимальным уклоном и черепица не будет подвергаться биологической коррозии, будет иметь морозостойкость более 100 циклов, а при водопоглощении менее 3% - более 200 циклов. При водопоглощении 1-5% образцы имеют предел прочности при изгибе от 20 до 30 МПа, что позволяет производить черепицу на основе аргилли-топодобных глин тоньше обычной в 1,5 раза. Это снизит себестоимость и сделает ее более привлекательной для потребителя.
References
1. Terekhov V. A. The prospects of development of production and application of a ceramic tile in Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2002. No. 12, pp. 32-36. (In Russian).
2. Kotlyar V. D., Lapunova K.A., Lazareva Ya.V., Use-pyan I.M. The main tendencies and perspective types of raw materials by production of a ceramic tile. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 12, pp. 28-31. (In Russian).
3. Salakhov A.M., Tuktarova G. R., Mochalov A.Yu., Salakhova R.A. The ceramic tile in Russia was and there have to be. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2007. No. 9, pp. 18-19. (In Russian).
4. LazarevaYa.V., Kotlyar V. D., Lapunova K.A., Eryomen-ko G.N. Main di-rections of development of design and technology of production of a ceramic tile. Dizayn. Materialy. Tekhnologiya. 2016. No. 3 (43), pp. 78-82. (In Russian).
5. Orlova M.E., Lapunova K.A. Perspective types of raw materials for pro-duction of the decorated ceramic tile. Science today: calls and decisions: Materials of the international scientific and practical conference. Vologda. 2018. Part 1, pp. 46-48. (In Russian).
6. Eremenko G.N., Lapunova K.A., Lazareva Y.V. A ceramic tile on a basis the argillitopodobnykh of clays. Inzhenerno-stroitel'nyivestnikPrikaspiya. 2015. No. 4 (14), pp. 41-46. (In Russian).
научно-технический и производственный журнал
7. Котляр В.Д., Козлов А.В., Котляр А.В., Терёхина Ю.В. Особенности камневидных глинистых пород Восточного Донбасса как сырья для производства стеновой керамики // Вестник МГСУ. 2014. № 10. С. 95-105.
8. Талпа Б.В., Котляр А.В. Минерально-сырьевая база литифицированных глинистых пород Юга России для производства строительной керамики // Строительные материалы. 2015. № 4. С. 31-33.
9. Котляр А.В. Технологические свойства аргиллитопо-добных глин при производстве клинкерного кирпича // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2016. № 2 (55). С. 164-175.
10. Лапунова К.А., Орлова М.Е., Лазарева Я.В., Васин Д.С. Технология производства высокопрочной керамической черепицы на основе аргиллитоподобных глин. Теория и практика повышения эффективности строительных материалов: Материалы XII Международной научной конференции молодых ученых. Пенза: ПГУАС, 2017. С. 104-108.
10
Kotlyar V. D., Kozlov A.V., Kotlyar A.V., Teryokhi-na Yu.V. Features the kamnevidnykh of clay breeds of East Donbass as raw materials for production of wall ceramics. VestnikMGSU 2014. No. 10, pp. 95-105. (In Russian). Talpa B.V., Kotlyar A.V. Mineral resources of litifitsiro-bathing clay breeds of the South of Russia for production of construction ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 4, pp. 31-33. (In Russian).
Kotlyar A.V. Technological properties of claystone-like clays in clinker production. Vestnik Tomskogo gosudarst-vennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2016. No. 2 (55), pp. 164-175. (In Russian). Lapunova K.A., Orlova M.E., Lazareva Y.V., Vasin D.S. The production technology of a high-strength ceramic tile on a basis the claystone-like of clays. Theory and practice of increase in efficiency of construction materials. Materials XII of the International scientific conference of young scientists. Penza. 2017, pp. 104-108. (In Russian).
Журнал «Строительные материалы» ® индексируют
НАУЧНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
LIBRARY. RU
О
ULRICHSWEB
GLOBAL SERIALS DIRECTORY
lj научно-технический и производственный журнал
jVI ■ ® апрель 2018 39
