Технические свойства силикатного кирпича

Прочность при сжатии и изгибе

В зависимости от предела прочности на сжатие силикатный кирпич подразделяют на марки 75, 100, 125, 150 и 200.

Марка кирпича определяется его средним пределом прочности при сжатии, который составляет обычно 7,5 - 35 МПа. В стандартах ряда стран (Россия, Канада, США), наряду с этим, также регламентируют предел прочности кирпича при изгибе. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м³ могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно-сухом состоянии и лишь в английском стандарте - в водонасыщенном.

В стандартах приведены средняя прочность кирпича данной марки и минимальные значения предела прочности отдельных кирпичей пробы, составляющие 75-80% среднего значения.

Водопоглощение - это один из важных показателей качества силикатного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, ее формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. По ГОСТ 379 - 79 водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%.

При насыщении водой прочность силикатного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно-сухом состоянии так же, как и у других строительных материалов, и это, снижение обусловлено теми же причинами. Коэффициент размягчения силикатного кирпича при этом зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8.

Влагопроводность

Она характеризуется коэффициентом влагопроводности b, который зависит от средней плотности кирпича. При р_ср., примерно равной 1800 кг/м³, и различной влажности имеет следующие значения:

Таблица 1.

Морозостойкость

В нашей стране морозостойкость кирпича, особенно лицевого, является наряду с прочностью важнейшим показателем его долговечности. По ГОСТ 379 - 79 установлены четыре марки кирпича по морозостойкости. Морозостойкость рядового кирпича должна составлять не менее 15 циклов замораживания при температуре - 15°С и оттаивания в воде при температуре 15-20°С, а лицевого - 25, 35, 50 циклов в зависимости от климатического пояса, частей и категорий зданий, в которых его применяют.

Снижение прочности после испытания на морозостойкость по сравнению с водонасыщенными контрольными образцами не должно превышать 20% для лицевого и 35% для рядового кирпича первой категории и соответственно 15 и 20% для кирпича высшей категории качества.

Требования по морозостойкости к кирпичу марок 150 и выше предъявляются только в том случае, если его применяют для облицовки зданий. При этом кирпич должен пройти 25 циклов испытаний без снижения прочности более чем на 20%. По польскому стандарту силикатный кирпич всех видов должен выдерживать не менее 20 циклов замораживания и оттаивания без признаков разрушения. В стандартах Англии, США и Канады для облицовки наружных частей зданий, подвергающихся увлажнению и замораживанию, предусматривается кирпич повышенной прочности (21-35 МПа), но его морозостойкость не нормируется.

Морозостойкость силикатного кирпича зависит в основном от морозостойкости цементирующего вещества, которая в свою очередь определяется его плотностью, микроструктурой и минеральным составом новообразований. По данным П. Г. Комохова, коэффициент морозостойкости цементного камня из прессованного известково-кремнеземистого вяжущего автоклавной обработки колеблется после 100 циклов от 0,86 до 0,94. При этом с увеличением удельной поверхности кварца с 1200 до 2500 см²/г коэффициент морозостойкости несколько возрастает, а при дальнейшем увеличении дисперсности кварца он снижается.

В настоящее время в связи с применением механических захватов для съема и укладки сырца в сырьевую широту стали вводить значительно большее количество дисперсных фракций для повышения его плотности и прочности. Вследствие этого в структуре вырабатываемого сейчас силикатного кирпича заметную роль играют уже микрокапилляры, в которых вода не замерзает, что значительно повышает его морозостойкость.

Морозостойкость силикатных образцов зависит от вида гидросиликатов кальция., цементирующих зёрна песка (низкоосновных, высокоосновных или их смеси). После 100 циклов испытаний коэффициент морозостойкости образцов, предварительно прошедших испытания на атмосферостойкость, равнялся для низкоосновной связки 0,81, высокоосновной - 1,26 и их смеси - 1,65.

Изучалась также морозостойкость силикатных образцов, изготовленных на основе песков различного минерального состава. Были использованы наиболее распространенные пески: мелкий кварцевый, чистый и с примесью 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины, полевошпатовый, смесь 50% полевошпатового и 50% мелкого кварцевого, крупный кварцевый, содержащий до 8% полевых шпатов.
Кремнеземистая часть вяжущего состояла из тех же, но размолотых пород. Соотношения между активной окисью кальция и кремнеземом в вяжущем назначали исходя из расчета получения цементирующей связки с преобладанием низко- или высокоосновных гидросиликатов кальция или их смеси. Количество вяжущего во всех случаях было постоянным. Однако, морозостойкость силикатных образцов после 100 циклов замораживания и оттаивания зависит не только от типа цементирующей связки, но и от минерального состава песка. Влияние минерального состава песка особенно сказывается при наличии связки из низкоосновных гидросиликатов кальция, когда в смесь введено 10% каолинитовой или монтмориллонитовой глины. Коэффициент морозостойкости при этом падает до 0,82. При повышении основности связки коэффициент морозостойкости составов, наоборот, повышается до 1,5, что свидетельствует о продолжающейся реакции между компонентами в процессе испытаний.

Из приведенных данных видно, что хорошо изготовленный силикатный кирпич требуемого состава является достаточно морозостойким материалом.

Атмосферостойкость

Под атмосферостойкостью обычно понимают изменение свойств материала в результате воздействия на него комплекса факторов: переменного увлажнения и высушивания, карбонизации, замораживания и оттаивания.

Н. Н. Смирнов исследовал микроструктуру свежеизготовленных и пролежавших в кладке 10 лет образцов силикатного кирпича Кореневского, Краснопресненского, Люберецкого и Мытищинского заводов. Он установил, что в общем случае чешуйки новообразований за 10 лет частично замещаются вторичным кальцитом в результате карбонизации гидросиликатов кальция.

Гаррисон и Бесси испытывали в течение многих лет силикатный кирпич разных классов прочности, зарытый в грунт полностью или наполовину, а также лежащий в лотках с водой и на бетонных плитах, уложенных на поверхность земли. Они установили, что внешний вид кирпичей, лежавших 30 лет в земле с дренирующим и не дренирующим грунтом, мало изменился, но их поверхность размягчилась, а у кирпичей, частично зарытых в землю, открытая часть осталась без повреждений, хотя в некоторых случаях поверхность покрылась мхом.

Состояние кирпичей, находившихся 30 лет на бетонных плитах, зависело от их класса, Так, оказались без повреждений или имели незначительные повреждения 95% кирпичей класса 4-5 (28-35 МПа), 65% .кирпичей класса 3 (21 МПа) и 25% кирпичей класса 2 (14 МПа). Все кирпичи класса 1 (7 МПа) имели повреждения уже через 16 лет. Все кирпичи, лежавшие 30 лет на земле в лотках с водой, получили повреждения, и чем ниже класс кирпича, тем раньше они появлялись: у кирпичей класса 1 - через 8 лет, класса 2 - через 19 лет; класса 3 - через 22 года и для классов 4-5 - через 30 лет.
Прочность кирпичей, пролежавших в земле 20 лет, уменьшилась примерно, вдвое. При этом наибольшее снижение прочности наблюдалось у кирпичей, находившихся в недренирующем глинистом грунте, а наименьшее - у кирпичей, наполовину зарытых в землю (стоймя). За 20 лет в зависимости от условий пребывания в грунте карбонизировалось 70-80% гидросиликатов кальция, причем в основном карбонизация произошла в первые 3 года. Таким образом, даже при таких исключительно жестких испытаниях силикатный кирпич классов 3 и 4 оказался достаточно стойким.

Общеизвестно, что прочность силикатного кирпича после остывания повышается. Именно поэтому по ранее действовавшему ОСТ 5419 предусматривалось определять его прочность не ранее чем через две недели после изготовления. Были проведены испытания кирпича на образцах, отобранных от большого, числа партий (в общей сложности 3 млн. шт.). По 10 кирпичей из каждой пробы раскалывали пополам, половинки разных кирпичей складывали попарно в определенной последовательности и испытывали сразу, а остальные укладывали на стеллажи и испытывали в той же последовательности через 15 сут. При этом было установлено, что прочность кирпича за это время возросла в среднем на 10,6%, влажность его уменьшилась с 9,6 до 3,5%, а содержание свободной окиси кальция снизилось на 25% первоначального. Таким образом, повышение прочности силикатного кирпича через 15 сут. после изготовления можно объяснить совместным влиянием его высыхания и частичной карбонизации свободной извести.

Термографическими и рентгеноскопическими исследованиями установлено, что после испытания образцов в климатической камере заметных изменений в цементирующей связке не отмечается, а после карбонизации гидросиликаты кальция превращаются в карбонаты и гель кремнекислоты, являющиеся стойкими образованиями, цементирующими зерна песка.

Таким образом, можно считать, что силикатный кирпич, изготовленный из песков различного минерального состава с использованием тонкомолотого известково-кремнеземистого вяжущего, является вполне атмосферостойким материалом.

Стойкость в воде и агрессивных средах

Стойкость силикатного кирпича определяется степенью взаимодействия цементирующего его вещества с агрессивными средами, так как кварцевый песок стоек к большинству сред. Различают газовые и жидкие среды, в которых стойкость силикатного кирпича зависит от их состава. Из этих данных следует, что силикатный кирпич нестоек против действия кислот, которые разлагают гидросиликаты и карбонаты кальция, цементирующие зерна песка, а также против содержащихся в воздухе агрессивных газов, паров и пыли при относительной влажности воздуха более 65%. Необходимо отметить, что приведенные ориентировочные данные относятся к силикатному кирпичу по ГОСТ 379 - 53, требования к качеству которого значительно ниже, чем по ГОСТ 379 - 79.

Образцы силикатного кирпича подвергали воздействию проточной и не- проточной дистиллированной и артезианской воды в течение более 2 лет. В основном коэффициент стойкости образцов падает в первые 6 мес., а затем остается без изменения. Более высокий коэффициент стойкости - у образцов, содержащих 5% молотого песка, а более низкий - у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины. Образцы, содержащие 1,5% молотого песка, занимают промежуточное положение: их коэффициент стойкости составляет примерно 0,8, что следует признать достаточно высоким для рядового силикатного кирпича.

Аналогичные образцы подвергали воздействию сильно минерализованных грунтовых вод, содержащих комплекс солей, а также 5%-ного раствора Na₂SO₄ и 2,5%-ного раствора MgSO₄.
Каждые 3 мес. определяли прочность и коэффициент стойкости образцов, находившихся в различных растворах. В растворе Na₂SO₄ прочность образцов снижается в основном в течение 9 мес., а к 12 мес. она стабилизируется и в дальнейшем не меняется. В отличие от этого прочность образцов, находившихся в растворе MgSO₄, падает все время, и они начинают интенсивно разрушаться уже по истечении 15 мес.

Как правило, коэффициент стойкости образцов, содержащих 5% молотого песка, составляет в грунтовых водах и растворе Na₂SO₄ примерно 0,9, содержащих 1,5% молотого песка - 0,8, тогда как у образцов, в состав которых введено 5% молотой глины, в грунтовой воде и 5%-ном растворе Na₂SO₄ он достигает 0,7. Следовательно, образцы с молотой глиной нельзя признать достаточно стойкими к воздействию агрессивных растворов, а также мягкой и жесткой воды.

Таким образом, силикатный кирпич, в состав которого введено 5% молотого песка, обладает высокой стойкостью к минерализованным грунтовым водам, за исключением растворов MgSO₄.

Жаростойкость

К. Г. Дементьев, нагревавший силикатный кирпич при различной температуре в течение 6ч, установил, что до 200°С его прочность увеличивается, затем начинает постепенно падать и при 600°С достигает первоначальной. При 800°С она резко снижается вследствие разложения цементирующих кирпич гидросиликатов кальция.

Повышение прочности кирпича при его прокаливании до 200°С сопровождается увеличением содержания растворимой SiO₂, что свидетельствует о дальнейшем протекании реакции между известью и кремнеземом.

Основываясь на данных исследований и опыте эксплуатации силикатного кирпича в дымоходах и дымовых трубах разрешается применять силикатный кирпич марки 150 для кладки дымовых каналов в стенах, в том числе от газовых приборов, для разделок, огнезащитной изоляции и облицовки; марки 150 с морозостойкостью Мрз35 - для кладки дымовых труб выше чердачного перекрытия.

Теплопроводность

Теплопроводность сухих силикатных кирпичей и камней колеблется от 0,35 до 0,7 Вт/(м °С) и находится в линейной зависимости от их средней плотности, практически не завися от числа и расположения пустот.

Испытания в климатической камере фрагментов стен, выложенных из силикатных кирпичей и камней различной пустотности, показали, что теплопроводность стен зависит только от плотности последних. Теплоэффективные стены получаются лишь при использовании многопустотных силикатных кирпичей и камней плотностью не выше 1450 кг/м³ и аккуратном ведении кладки (тонкий слой нежирного раствора плотностью не более 1800 кг/м³, не заполняющего пустоты в кирпиче).