Получение лицевого керамического кирпича с улучшенными свойствами

DOI:                   Краткое сообщение/Short message

В наше время преобладает высокий спрос на облицовочный керамический кирпич. Сырьем для производства облицовочного кирпича являются глины с повышенной тугоплавкостью, физико-химические свойства которых необходимо контролировать в лаборатории [1].

Лицевой кирпич в ровной, однотонной кладке смотрится солидно и качественно. Но для этого должно быть обеспечено высокое качество изготовления кирпича и произведена профессиональная кладка. Распространенной проблемой внешнего вида облицовочного кирпича выступает высолообразование – белый или зеленоватый налет на кирпичных строениях [2]. Мало того, что портится внешний вид, высолы влекут за собой ряд других проблем – ускоренное разрушение, дефекты в виде отколов, отстрелов, снижение морозостойкости и марки кирпича по прочности.

Всевозможные соли присутствуют во всех строительных материалах, особенно много в цементных растворах, где они результат химических реакций. Причина же их выхода на поверхность фасада всегда одна – это движение воды под действием капиллярных сил. При испарении капиллярной влаги, которая может находиться как в самом изделии, так и в растворе для кладки, появляется солевой налет на лицевой поверхности кирпича (рисунок 1).

Рисунок 1. Движение воды в кирпичной кладке под действием капиллярных сил

Figure 1. Water movement in masonry under the action of capillary forces

Пористость стенового материала – это необходимое условие теплоизоляции и нормального парообмена здания. Двигаясь в толще материала, вода транспортирует растворенные в ней соли, а, дойдя до поверхности, испаряется, а соли – остаются. Взаимодействуя с атмосферой, они переходят в нерастворимую или плохо растворимую кристаллическую форму и образуют пятна и разводы на стенах. Высолообразование усиливается под действием внутренних и внешних факторов. Внешние возникают при нарушении технологии кладки, использовании некачественных растворов, воды из скважин, проведение строительства в зимнее время [2-3]. Внутренние пути возникновения высолов – это некачественное сырье и нарушение технологии на производстве. По цвету высолов можно сделать вывод о преобладании соли. Если налет белый, это свидетельствует о преобладании солей бария, если зеленый – солей ванадия.

Для устранения как внешних, так и внутренних факторов высолообразования на лицевом керамическом кирпиче были разработаны различные способы, состоящие во введении добавок для связывания солей в процессе формования [3, 4] или в процессе обжига [5]. Эти способы являются дорогостоящими, поскольку требуют ультратонкий помол добавок и усложнение технологии для гомогенизации массы.

Достаточно эффективным способом по устранению высолов является нанесение защитных покрытий на свежесформованные изделия [6], например, раствора борной кислоты и кальцинированной соды [7], или раствора ортофосфор-ной кислоты с добавлением водорастворимых эфиров целлюлозы и глицерина [8]. Нанесение гидрофобизаторов на керамическое изделие после обжига несет в себе не только предотвращение высолов и разрушения, а также обеспечивает эффект несмачивания водой. Изделие сохраняет паропроницаемось; увеличивается морозостойкость; снижается поражение изделия в кладке от грибка; не изменяется газонепроницаемости материала.

Цель работы – подбор гидрофобизатора, препятствующего высолообразованию, нанесение его на лицевой кирпич после обжига, физикомеханические испытания.

Материалы и методы

Предлагается в качестве защитного покрытия использовать 40–45% водный раствор метилсиликоната калия – жидкость кремнийор-ганическую гидрофобизирующую (таблица 1).

Особенности данного гидрофобизатора: не изменяет внешний вид материала, придает материалу повышенную морозостойкость, препятствует загрязнению поверхности.

Рассматриваемый раствор наносили на готовую продукцию – керамический кирпич марок F75 и F100 методом напыления при помощи форсунок после обжига в туннельной печи перед упаковкой. Маркировка кирпича указывает на морозостойкость – количество циклов замораживания-размораживания без разрушения кирпича.

Физико-химические характеристики водного раствора метилсиликоната калия представлены в таблице 1.

Физико-механические испытания проводились согласно рекомендациям ГОСТ 530–2012 [9], ГОСТ 7025 [10], ГОСТ 8462–85 [11]. Обработанные кирпичи испытывали на водопоглощение, морозостойкость, прочность при изгибе и сжатии.

Для определения соотношения воды и раствора гидрофобизатора и оценки его влияние на внешний вид керамического изделия, его физикомеханические характеристики готовили растворы с тремя различными соотношениями: 1 л анализируемого раствора на 1000 л воды (1:1000), 2 л на 1000 л (2:1000), 3 л на 1000 л (3:1000).

Таблица 1.

Физико-химические характеристики водного раствора метилсиликоната калия

Table 1.

Physicochemical characteristics of an aqueous solution of potassium methylsiliconate

Показатель | Indicator	Норма
Внешний вид | Appearance	Жидкость от бесцветного до светло-желтого цвета, допускается опалесценция Colorless to light yellow liquid, opalescence allowed
Плотность при температуре 20 °C, г/см 3 Density at temperature of 20 °C, g/ст3	1,200–1,225
Щелочность в расчете на КОН, % Аlkаlinitу bаsеd оn КОН, %	13–16
Массовая доля нелетучих веществ, % Mass fraction of non-volatile substances, %	28,5–32,5
Гидрофобизирующая способность | Water repelling ability	Выдерживает испытание | Withstands the test

Каждым из растворов обработали поверхность 264 изделий (поддон кирпича). После чего анализировали внешний вид лицевых поверхностей на 1-й, 3-й и 7-й день после обработки. Поддоны обработанных и необработанных изделий поместили в условия дождливой, ветреной погоды.

Результаты и обсуждения

Результаты физико-механических испытаний приведены в таблице 2.

Кирпич, обработанный раствором с соотношением 1:1000, подвержен высолообразованию. Для кирпичных изделий, обработанных растворами, содержащими 2 л и 3 л раствора гидрофо-бизатора на 1000 л воды, высолообразование не выявлено. С экономической точки зрения целесообразно выбрать соотношение 2 л водного раствора метилсиликоната калия на 1000 л воды. Установлено, что обработанное керамическое изделие после полного высыхания не изменяет внешнего вида и средней массы.

Таблица 2.

Анализ внешнего вида лицевых поверхностей после обработки анализируемыми растворами

Table 2.

Analysis of the appearance of the front surfaces after treatment with the analyzed solutions

Соотношение раствора к воде Solution ratio to water	День анализа | Analysis day
	1	3	7
Необработанный Untreated	Нет поражений	28% изделий на гранях и ребрах имеют зеленоватые высолообразования 28% of products on edges and edges have greenish efflorescence	87% изделий на гранях и ребрах имеют зеленоватые высолообразования 87% of products on edges and edges have greenish efflorescence
1:1000	No losses	16% изделий на гранях и ребрах имеют зеленоватые высолообразования 16% of products on edges and edges have greenish efflorescence	48% изделий на гранях и ребрах имеют зеленоватые высолообразования 48% of products on edges and edges have greenish efflorescence
2:1000	Нет поражений | No losses
3:1000

Водопоглощение определяли при атмосферном давлении в воде с температурой (20 ± 5 °). Определяли влияние обработки лицевого кирпича водным раствором метилсиликоната калия на водопоглощение изделий, которое должно быть не ниже 6% и, как правило, не выше 14% [8,18].

Испытания проводили на 5-ти образцах без обработки и 5-ти с обработкой. Результаты представлены на рисунке 2.

—♦— Необработанные изделия  ■ Обработанные изделия

Unprocessed products           Processed products

Рисунок 2. Водопоглощение необработанных изделий и обработанных гидрофобизирующим раствором

Figure 2. Water absorption of untreated products and those treated with a hydrophobic solution

Обработка изделий водным раствором метилсиликоната калия приводит к незначительному повышению водопоглощения, что в свою очередь, как отмечено авторами [12,17], сохранит качество и прочность кирпича в местностях с нестабильными климатическими условиями.

Испытание на морозостойкость проходили 5 образцов без обработки и 5 после обработки (высушенные до постоянной массы). Контроль морозостойкости проводили при объемном замораживании. Именно этим параметром определяется долговечность кирпичного сооружения. Как правило, морозостойкость кирпича – 25–50 циклов, реже – 75. [13-14]

Изделия без обработки прошли полные 75 циклов замораживания и оттаивания, и только 2 образца из пяти выдержали 100 циклов. Исследуемые изделия, обработанные раствором метилсиликоната калия, показали хороший результат, и все 5 образцов прошли полные 100 циклов замораживания и оттаивания с незначительными дефектами на ребрах лицевых поверхностей.

В лаборатории предприятия ООО «Тербунский гончар» провели испытания образцов на определение предела прочности при изгибе и сжатии. Предел прочности при изгибе определяли по наибольшей нагрузке Р, установленной при испытании, с учетом геометрических характеристик сечения изделия. Предел прочности при сжатии отдельного образца вычисляли путем деления максимальной нагрузки, отмеченной при испытании, на площадь поперечного сечения образца, которая вычисляется как среднее арифметическое двух измерений площадей верхней и нижней граней с погрешностью 0,1 МПа [15-17].

В результате образцы, обработанные ме-тилсиликонатом, показали высокие результаты как по прочности при сжатии, так и при изгибе (таблица 3). После испытаний в соответствии с техническими требованиями устанавливают марку кирпича по прочности от М 300 до М 100. Испытуемые образцы соответствуют необходимым характеристикам, в результате чего им присвоена марка М 250. Для этой марки предел прочности при сжатии должен находиться в интервале 20–25 МПа, а предел прочности при изгибе 2–3,9 МПа [19-20].

Таблица 3. Результаты испытаний на пределы прочности при изгибе и сжатии образцов после обработки гидрофобизатором

Table 3.

The results of tests on the strength limits during bending and compression of samples after treatment with a hydrophobizer

Образец Sample	Предел прочности, МПа Strength limit, МРа
	При изгибе Bending strength	При сжатии In compression
1	3,6	24,8
2	4,0	26,3
3	2,8	24,0
4	3,2	27,6
5	3,4	25,0

Заключение

Проблему высолообразования на лицевых керамических изделиях предлагается решить обработкой защитным покрытием 40–45-ным% водным раствором метилсиликоната калия после обжига кирпичей в туннельной печи.

Оптимальное соотношение водного раствора метилсиликоната калия к воде составило 2:1000.

Установлено, что водный раствор метил-силиконата калия (гидрофобизатор) не только предотвращает высолообразование, а также положительно влияет на прочность, водопоглощение и морозостойкость кирпича.