Сделай сам, 1993 №1 (1)

Прочные, долговечные, технологичные

(о керамическом кирпиче и черепице)

Б. И. Петраков

Дорогой читатель-горожанин, Вы, с детства привыкший к многоэтажным бетонным домам и асфальту дорог, Вы, ежедневно стоящий в очередях за продуктами, наверняка знаете деревенскую жизнь только понаслышке.

Но вот у Вас появилась возможность получить участок земли вдали от дорог, от населенных пунктов в одном из уголков нашей необъятной матушки России. Вы начинаете задумываться о деревне. О запущенной, непаханой, заросшей ивняком и ольхой, покрытой кочками и заболоченной земле-кормилице в Нечерноземье, Приуралье, Зауралье, Сибири, на Дальнем Востоке.

В мыслях Вы уже видите свой коттедж с двумя спальнями и ванной на втором этаже, с кухней, столовой, гаражом, мастерской, зимним садом и сауной с бассейном на первом этаже, представляете свою семью в этом коттедже, стога сена вокруг дома, слышите рев требующих дойки коров, тарахтенье «Владимирца» под навесом…

Но разум подсказывает, что на строительство коттеджа требуется кирпич для стен, 10 м³ пиломатериалов, 5–8 т извести и цемента. Вы подсчитываете свои сбережения, сумму получаемого кредита, и у Вас… опускаются руки.

Да, действующая ныне система налогов на производство строительной продукции и цены на эту продукцию привели к резкому снижению строительной активности как в государственном, так и в частном секторах.

Десятикратный скачок цен на пиломатериалы и бетонную смесь, пятидесятикратный подъем цен на металл, стоимость тысячи кирпичей, в 2–2,5 раза превышающая среднюю месячную зарплату рабочего, — все это практически перечеркивает даже мысль о возможности построить для себя новое жилье. В самом деле, под силу ли желающему соорудить коттедж полезной площадью 100–120 м², если его стоимость составляет 0,8–1 млн. рублей?

Автор утверждает, что желание построить коттедж в наше тяжелое время не является безнадежным. Выход есть! Это — собственные руки, трудолюбие, твердое желание иметь долговечное жилье, а также небольшие знания, которые можно получить из этого материала.

Для строительства в деревне придется использовать местные строительные материалы: кирпич и черепицу, обожженные своими руками, известь, выжженную для себя, и небольшое количество пиломатериалов, которые по силам самому напилить из пиловочника. Заметим, что для возведения стен коттеджа потребуется около 20 тыс. штук кирпича. Силами своей семьи этот кирпич удастся отформовать и обжечь за один сезон, причем из материалов, по которым мы ходим буквально каждый день.

В случае сооружения жилья своими силами из кирпича, обожженного своими руками, строителю не придется оплачивать чужой труд и стоимость глины, на которые сейчас начисляют почти 30-процентный налог на добавленную стоимость.

Дорогой читатель, внимательно про_; чтите этот материал и — за дело: ройте глину, промораживайте ее, добавляйте песок, формуйте сырец, обжигайте его и стройте добротное долговечное дешевое жилье!

Наши предки давно уяснили: не Боги горшки обжигают!

Верьте, Вам это тоже под силу!

Керамические изделия включают стеновые, кровельные и облицовочные материалы, а также материалы для устройства полов, дорог, санитарно-технические предметы, канализационные трубы, дренажные трубки и др.

К стеновым керамическим материалам относят глиняный обыкновенный обожженный кирпич, эффективный кирпич (пустотелый и пористый) и керамические камни, имеющие по сравнению с кирпичом большие размеры.

Глиняный обыкновенный кирпич в промышленных масштабах изготавливают на кирпичных заводах из природных глин и из смеси природных глин с минеральными и органическими добавками.

Облицовочные материалы включают лицевые кирпич, плиты и плитки, а также плитки фасадные малогабаритные. Последние применяют в отделочных работах в виде заранее наклеенных на бумажную основу ковров.

Кровельный керамический материал — глиняная черепица, которую получают спеканием отформованных из глины прямоугольных плиток или желобчатых изделий.

Процесс изготовления керамических изделий включает формование сырца, его сушку и обжиг.

Обожженный глиняный кирпич на Руси начали производить много столетий назад, он пришел на смену сырцу, изготавливаемому из армированной соломенной сечкой глины. Археологи обнаружили в нашей стране печи для обжига кирпича, относящиеся к IV в. нашей эры.

Выдающиеся архитектурные памятники Руси выполнены из обожженного кирпича. До сих пор поражают своей красотой и монументальностью соборы и монастырские постройки Новгорода, Владимира, Пскова, Рязани, Москвы.

Использование кирпичной кладки при строительстве зданий объясняется как доступностью технологии изготовления кирпича, так и простотой выполнения кирпичной кладки. Это исстари позволяло хозяину земельного участка самому готовить кирпич и возводить из него каменные здания. К наиболее привлекательным характеристикам кирпичной кладки относятся ее высокая прочность и долговечность, достигающая нескольких столетий. Заметим, что наличие долговечного кирпичного дома накрепко привязывало и будет привязывать к земле наследников.

Еще одно важное достоинство кирпичного здания — его высокая огнестойкость.

Кроме того, следует отметить небольшой расход материалов для обжига кирпича, возможность перерывов в работах в процессе его изготовления, ограниченный набор и невысокая стоимость оборудования для изготовления кирпича.

Конечно, здание можно построить и из глиняного обожженного кирпича заводского изготовления.

Но в настоящее время два обстоятельства сводят на нет попытки построить сельский дом из заводского готового кирпича: его дороговизна, а также трудность доставки кирпича с завода-изготовителя к месту строительства. Следует помнить и о том, что санитарные нормы запрещают применять силикатный кирпич для кладки внутренних поверхностей стен жилых зданий и помещений для животных.

Недостатками кирпичной кладки являются хрупкость кирпича, значительная объемная масса кладки (1,8 т/м³) и большая теплопроводность (0,7 ккал/ м² град ч), в связи с чем в центре и на севере России толщину стен приходится делать как минимум в 2–2,5 кирпича.

Наши предки стали активно возводить кирпичные жилища в России с конца XV в. и довели производство обожженного кирпича к 1913 г. до 3 млрд. штук в год.

В советское колхозное время кустарный обжиг кирпича на селе практически прекратился, а технология формования сырца и его обжига стала забываться.

Автор надеется, что этот материал поможет возродить полузабытое мастерство изготовления обожженного кирпича и тем самым будет способствовать освоению и закреплению на долгие годы сельского населения на просторах России.

Какой же он, этот прочный, долговечный и технологичный строительный материал?

Глиняный обыкновенный кирпич изготавливают размером 250x120x65 мм. Его водопоглощение достигает 8 % и более, что обеспечивает хорошее сцепление кирпича и раствора при кладке. Коэффициент теплопроводности кирпича не превышает 0,5 ккал/м∙град∙ч. Насыщенный водой кирпич обязан выдерживать без признаков разрушения не менее 15 циклов замораживания до температуры — 15 °C и последующего оттаивания в воде. У кирпича красивый красный однородный цвет.

Обычно при кустарном обжиге около 14 % кирпичей получаются недожженными и пережженными. Но не расстраивайтесь, этот кирпич тоже идет в дело: недожженный — на устройство печей, внутренних стен; пережженный — для забутки фундаментов, облицовки стен подвалов, мощения тротуаров, дорожек, полов.

Происхождение глины

Кирпич и другие керамические материалы изготавливают из глин, а также из смесей глины с минеральными и органическими добавками. Отличительная особенность глин — их способность образовывать с водой пластичное тесто, сохраняющее при высыхании заданную форму. После обжига при температурах от 800 до 1200 °C глины необратимо переходят в камнеподобное состояние.

Глины более чем на 50 % состоят из чешуеобразных частиц размером менее 0,01 мм, причем более половины из этих частиц имеют размеры менее 0,001 мм.

Главными химическими компонентами глины являются кремнезем (SiO₂) — 30–70 %, глинозем (Аl₂О₃) — 10–40 % и вода (Н₂О) — 5-10 %.

Глины образуются в результате выветривания пород полевого шпата под воздействием воды, ветра и колебаний температуры. При попадании воды в трещины горных пород часть минералов растворяется. При замерзании же воды в этих трещинах образуется лед, объем которого в среднем на 10 % больше исходного объема воды, что приводит к раскалыванию камней. Мелкие обломки камней уносит ветер, разрушая их на еще более мелкие частицы.

При выветривании наиболее распространенного в земной коре кремнезема, составляющего до 12 % массы земной коры, образуются пески.

Глинозем встречается в виде алюмосиликатов, из которых в земной коре наиболее распространены полевые шпаты и каолиниты. Прочность полевого шпата в 15–20 раз меньше прочности кварца, поэтому он легче поддается выветриванию. Каолинит (водный алюмосиликат) является вторичным продуктом химического разрушения полевого шпата при действии на него воды и углекислого газа. Он очень легко выветривается, в результате чего превращается в глины.

Таким образом скопившиеся продукты разрушения горных пород образуют горный песок и первичную глину. Первичные продукты разрушения переносятся водой, ледниками, ветром. В результате их отложения или осаждения образуются вторичные глины. Эти глины обладают большей дисперсностью и содержат в качестве примесей песок, известняк, соединения железа. Отличительной особенностью отложений вторичных глин является их слоистость по высоте.

На большей части территории России под небольшими толщами почвенного слоя залегают глинистые породы толщиной от 2 до 6 м.

При осаждении глин в воде наиболее быстро опускаются вниз тяжелые крупные частицы. Легкие мелкие частицы остаются сверху. Это приводит к образованию механической слоистости глинистой породы по высоте.

Наибольшее влияние на свойства глины, идущей на изготовление керамического кирпича, оказывает глинозем. Так, повышенное содержание глинозема в глине повышает ее пластичность и огнеупорность.

Как уже говорилось, содержание кремнезема в глине достигает 70 %. Увеличение количества кремнезема в глине уменьшает ее связующую способность, повышает пористость кирпича и снижает его прочность. При содержании кремнезема более 85 %, а глинозема менее 6–8 % глинистая порода теряет вяжущие свойства, в результате чего из нее становится невозможным получать керамические изделия.

Окись железа, а также закись железа и пирит, присутствующие в глине, придают обожженному кирпичу красный цвет. Закись железа способствует также образованию особо плотного обожженного кирпича.

Окись кальция, сокращая время спекания глин, ухудшает эксплуатационные характеристики кирпича. Аналогично действие соединений магния в виде карбоната (МgСO₃) и доломита (МgСO₃∙СаСO₃). Находящийся в глине сернистый ангидрит уменьшает прочность обожженного кирпича. Крайне нежелательно присутствие в глинах мела, извести и гипса. Органические примеси влияют на усадку сырца, снижают огнеупорность глин.

Значительно понижают температуру обжига и повышают прочность кирпича окиси калия и натрия.

Свойства глины

Важнейшими свойствами глин являются их пластичность, воздушная усадка при сушке сырца, огневая и полная усадки, связующая способность.

Пластичность глин обуславливает возможность легкого формования из них кирпича-сырца. Пластичность глины увеличивается с повышением содержания в ней частиц размером менее 0,005 мм, а также растворимых солей, воды и органических примесей. Более пластичные глины требуют больше воды затворения (до 20–28 % и более), дают большую усадку (10–15 %), чем малопластичные глины. Заметим, что малопластичные глины плохо формуются, а высокопластичные растрескиваются при сушке.

Пластичность глин повышают введением в них применяемых в промышленности сборного железобетона пластификаторов: СДБ, ЛCTM и др., а также добавкой жирных глин или же отмучиванием глины. В последнем случае глину размешивают в воде и удаляют наиболее крупные частицы песка, которые, естественно, осаждаются на дно в первую очередь. Правда, отмучивание — весьма трудоемкий процесс. Пластичность глины увеличивают также механической обработкой, вылеживанием глин в буртах на воздухе, как правило, в течение осени — зимы — весны.

Для уменьшения пластичности в глины вводят отощающие добавки (песок, молотый шлак, золу).

При сушке глины на воздухе при нормальной температуре воздуха (15–20 °C) она уменьшается в объеме на 5-12 %. Это явление называют воздушной усадкой. При быстрой сушке сырца (на открытом солнцу участке) вода испаряется из наружных слоев быстрее, в результате чего на сырце образуются наружные трещины.

Огневая усадка возникает в результате расплава легкоплавких составляющих глины в начальный момент обжига и составляет 2–8 %.

Таким образом полная усадка изделия из глины при сушке и обжиге колеблется от 5 до 18 %. Вот на величину этой полной усадки и укрупняют формы при выделке сырца.

Связующая, или вяжущая, способность глины заключается в ее способности сохранять полученную во влажном пластичном состоянии форму после высыхания сырца. Глина способна связывать в монолит зерна непластичных отощающих материалов (песка, шлака и др.)

Приемлемые для формования кирпича вяжущие свойства глины рекомендуется подбирать опытным путем. Для этого из смесей глины и песка, взятых в соотношении (по массе) 1:0; 9:1; 8:2; 7:3 и т. д., изготавливают бруски сечением 4x4x50 см (по два каждого состава). После просушки один комплект брусков испытывают нагрузкой на изгиб, выбирая из этих образцов подходящий по прочности, но с наименьшим количеством песка. Второй комплект просушенных брусков обжигают и тоже подвергают внешнему осмотру и испытывают нагрузкой на изгиб. В результате выясняют приемлемый для обжига состав.

Для определения пригодности глины применяют и другой способ. Из смесей глины и песка вышеуказанных составов готовят круглые глиняные цилиндры диаметром 4 см и длиной 50 см. Из цилиндров делают замкнутые кольца и, сдавив глиняные кольца между двумя плоскими досками до расстояния между ними до 2 см, производят их осмотр (рис. 1). Считаются выдержавшими испытания те кольца, у которых на внешней поверхности не образовалось трещин.

Рис. 1. Пресс для испытания глины:

_{1 — нижняя неподвижная доска; 2 — глиняное кольцо после сдавливания; 3 — верхняя подвижная доска; 4 — штифты; 5 — барашек; 6 — стяжной болт (для наглядности на виде сверху отсутствует верхняя доска; пунктиром обозначено положение пресса до сжатия).}

Подготовка глиняной массы включает вскрышные и карьерные работы, а также механическую обработку глины.

Глиняный карьер с целью уменьшения транспортных расходов, конечно, лучше устроить и вблизи площадки для обжига кирпича, и недалеко от места возведения построек. Если изготовление кирпича планируется в старом селе, где раньше деды нынешних жителей обжигали кирпич, то следует использовать бывшие места раз работки глины в карьере и по возможности сохранившиеся печи для обжига.

Для упрощения разработки желательно осваивать примыкающие к оврагам участки. Это позволит уменьшить объем работ и упростить их.

Если вблизи места будущего строения нет оврагов с крутыми берегами, то удобно устроить карьер вблизи будущего дома, используя карьер в последующем как декоративный водоем, обеспечивающий к тому же хозяйство в летнее время запасом воды для полива.

После снятия и перемещения возможно дальше от карьера растительного фунта приступают к «вскрытию» глинистого грунта либо вручную, либо при помощи экскаватора. Работа лопатой тяжела и трудоемка, поэтому не следует жалеть денег на приглашение для выполнения земляных работ экскаваторщика с экскаватором ЭО-1621А (бывший Э-153).

При ручном способе грунт разрабатывают продольными полосами и укладывают в валы на бровке котлована. Вручную такую работу выполняют двойно-тройной перекидкой грунта либо транспортировкой его при помощи тачки. Грунт копают сразу на полную глубину.

Ширину отвала принимают до 2,5–3 м, высоту — до 0,4 м. Целесообразно отвалы глинистого Грунта устраивать с обеих продольных бровок карьера (рис. 2). Длину котлована и отвала выбирают с таким расчетом, чтобы заготовленной глины хватило на полуторакратный объем сырца. Так, для возведения здания общей площадью 90 м^г потребуется около 50 м³ кирпичной кладки, или 20 тыс. штук кирпича.

Рис. 2. Схема разработки карьера:

_{1 — выемка; 2 — отвалы глины}

Следовательно, придется заготовить 65–70 м³ глины.

Для разработки глины в карьере следует воспользоваться наиболее сухим периодом времени (июнь, первая половина июля). В это время глинистый грунт достаточно хорошо подсыхает, чтобы не налипать на лопату, и в то же время не затвердевает до такой степени, чтобы использовать лом.

Наиболее целесообразно весь грунт в карьере разработать за один прием. При растягивании работ возможно выпадание атмосферных осадков, заполнение котлована водой и резкое усложнение работ.

Обычно в нижних слоях карьера в глине встречаются камни известняка. Лучше такие слои глины не разрабатывать вообще, так как камни известняка очень трудно полностью выбрать из глины. При попадании же в сырец известняка в результате обжига эта горная порода превратится в негашеную известь. При обжиге частицы извести претерпят процесс гашения, в результате которого они увеличатся в объеме примерно на 50 %, что вызовет растрескивание кирпича. Доломитово-мергелистую глину рекомендуется облить навозной жижей. Через несколько недель находящиеся в глине примеси (СаСО₃, МgСO₃, СаСО_3, MgCO₃) прореагируют с ней и перестанут отрицательно влиять на обжиговые свойства глины.

Обработка глины в кустарных условиях обычно производится мокрым способом, при котором осуществляется разрушение природной структуры глины, ее измельчение, удаление крупных включений, смешивание с песком и другими добавками, вымачивание, мятье.

Вырытую из карьера глину оставляют для вылежки и промораживания в зиму на открытом воздухе. При вылежке, промерзании и оттаивании в глине проходят некоторые химические реакции, повышающие обжиговые и формовочные свойства глины, а также механическое разрушение породы, улучшающее ее структуру.

Очень сухая глина, извлеченная из карьера летом, будучи сложенная в кучи высотой более 1,5 м, не будет разрушаться при замерзании и оттаивании. По этому в южных районах России в осенний период рекомендуется дополнительная поливка такой глины водой. В северных и центральных районах России, где осенью выпадает много осадков, такая поливка обычно не требуется.

Летом глину обязательно дополнительно поливают и перелопачивают, чем обеспечивается разрушение природной структуры глины и устранение ее слоистости. Вылеживание глины и ее полив с измельчением способствуют удалению из нее вредных растворов солей, созданию однородного состава и повышению пластичности.

Продолжительность вылеживания глины не менее одного года. В этом случае даже в кустарных условиях удается получить долговечный морозостойкий прочный кирпич, зачастую превосходящий по этим показателям кирпич, изготавливаемый на современных заводах.

В сухую малоснежную зиму в южных районах России глину рекомендуется в дни оттепели поливать, как и летом.

Также желательно зимой и перелопачивание глины, чтобы обеспечить поверхностный контакт возможно большего объема глины с воздухом. С целью лучшего вымерзания глины отвалы располагают в юго-восточном направлении, причем поперек направления господствующих ветров.

Если заранее известно, что глина требует дополнительного отощания с помощью песка, то последний добавляют в глину еще до воздействия на нее холодом. Наличие в глине песка способствует лучшему насыщению ее влагой и более глубокому измельчению и разрушению естественной структуры при действии мороза.

Очень жирная глина для разрушения естественной структуры предварительно высушивается до камневидного состояния. Куски такой глины затем погружают в воду, где они жадно впитывают влагу и разрушаются на мелкие частицы.

В процессе перелопачивания и вылеживания глины из нее удаляют камни, крупные органические включения.

Перед мятьем глины ее насыщают водой. Для этого используют специально устроенные ямы — мочила размером в плане 2х3 м и глубиной 0,9 м. Дно и стенки ямы облицовывают плотно подогнанными друг к другу досками. Яму деревянными перегородками разделяют по длине на три отделения. Одно или два отделения наполняют вылежавшейся глиной слоем толщиной 25–30 см, сверху укладывают в зависимости от необходимости песок или более жирную глину. Так глину загружают слоями до достижения общей высоты 70–90 см, после чего начинают перелопачивать ее до получения густой, однородной, мягкой на ощупь массы. Каждый слой обязательно поливают водой из садовой лейки или из шланга с мелким распылителем. Полив производят в несколько приемов. При капельном поливе глина хорошо впитывает воду и размокает, что не достигается при поливе ее из ведра или водяной струей из шланга. Помните, что заготовленную таким образом глину выдерживают 0,5–1,5 суток, после чего ее направляют для мятья.

Во время нахождения (выдерживания) глины в одном из отделений в другое загружают вылежавшуюся глину, а из третьего выдержанную глину вынимают для мятья.

Как мнут глину?

В условиях кустарного производства мятье глины осуществляется, как правило, человеком с помощью «его собственных ног». Хорошо, конечно, использовать бы ноги лошади или вола, а еще лучше глиномялку с конным, электрическим или механическим приводом.

Понятно, что мятье глины осуществляют с целью придания ей однородности, пластичности и с целью удаления камней.

Мятье глины непосредственно человеком позволяет получить достаточно качественное тесто. Для мятья глины ногами устаивают ток (рис. 3), который имеет в плане форму квадрата со стороной 2 м и углублен в землю на 0,5–0,7 м. Дно ямы либо покрывается досками, либо кирпичом, уложенным в один слой плашмя. Стены обшиваются досками либо выкладываются кирпичом толщиной в 1/2 кирпича. Стены поднимают над уровнем грунта на 0,6 м и на них укладывают строганный брусок, который служит рабочему и направляющей, и опорой при мятье, чтобы меньше уставать.

Рис. 3. Яма для мятья глины ногами:

_{1 — слой глины; 2 — дно; 3 — стены; 4 — брус для поддержки; 5 — разминаемая за один прием полоса}

Замоченную и выдержанную глину укладывают на ток слоем не более 35 см толщиной. При большей толщине будет трудно выбирать из разминаемой глины камни.

Если глина окажется жирной, то при мятье в нее добавляют песок, просеянный предварительно через сито с ячейками 1,5 см.

В холодное время года для мятья глины надевают мягкие клееные резиновые сапоги, чтобы чувствовать под ногой камешки и выбирать их руками. В теплое время глину разминают босыми ногами. Рабочий переступает с ноги на ногу и перемещается, придерживаясь одной рукой за брус, «вдоль» тока. Другой рукой он выбирает попадающие под ногу камешки, щепки, корни растений и т. п. По мере вымешивания глины направляющий брус сдвигают в нужном направлении. Затем операцию повторяют, двигаясь «поперек» тока.

Работу продолжают до получения теста однородной консистенции. Качество теста проверяют, разрезав натянутой медной проволокой на четыре части брусок, отформованный из взятой в любом месте тока глиняной пробы. Если у срезов бруска одинаковые блеск и цвет, то мятье можно закончить.

Тощая глина по сравнению с жирной требует более длительной обработки. Мятье жирной глины — дело более тяжелое. Поэтому толщина слоя жирной глины не превышает 25 см.

Размятую ногами глину извлекают из ямы, укладывают в слой толщиной 30–40 см и начинают сечь острием лопаты, смещая ее при каждом ударе на расстояние 5 см. Так проходят по глине в двух взаимно перпендикулярных направлениях не менее двух раз. Затем глину собирают в кучу высотой 0,6 м, лопатой сбивают ее в однородную плотную массу, увлажняют сверху водой и накрывают влажной мешковиной.

Мятье глины с помощью лошадей или волов ускоряет работу, но качество ее резко ухудшается, так как при этом не достигается необходимая однородность глины и не удаляются камни. Поэтому рекомендуется после животных окончательное мятье глины производить самим кирпичникам, не забывая удалять при этом камни.

При мятье глины лошади и волы ходят по кольцевому току в виде канавы глубиной 0,5 м и шириной около 1 м. Диаметр кольцевого тока принимают 5,5–6 м. Животное за уздечку привязывают к горизонтальному бревну, вращающемуся на вертикальном валу, который насажен на врытый в землю столб. Глину в кольцевую канаву насыпают толщиной до 35 см и поливают водой. По мере движения животного лопатой подгребают глину от стен под ноги животного. При перерывах для отдыха животных в кольцевой ток спускается мастер и дополнительно перелопачивает глину, выбирает из нее камни.

По окончании работы наискосок кольцевого тока укладывают направляющий брусок и приступают к окончательному мятью глины ногами с выборкой камней.

Подобное мятье глины — весьма тяжелый процесс. К тому же вначале он не вызывает каких-нибудь радостных чувств, так как далеко еще до конечного продукта — сырца или обожженного кирпича. Желание иметь свой недорогой долговечный дом должно помочь владельцу участка терпеливо двигаться нелегким (в прямом смысле) путем к намеченной цели.

Если же застройщик имеет элементарные навыки механизатора, то он непременно изготовит глиномялку, с помощью которой сможет выполнить как мятье глины, так и формовку кирпича.

Мятье глины в глиномялке производят следующим образом. Глину, смешанную с песком и вымоченную в воде в течение 1,5 суток, загружают в механическую глиномялку (рис. 4).

Рис. 4. Глиномялка:

_{1 — корпус; 2 — съемная дуга; 3 — вал; 4 — дышло; 5 — болтовое крепление дуги к корпусу; 6 — поддон; 7 — дно; 8 — лопасти; 9 — цапфа; 10 — отверстие для выпуска готовой глины}

Такая глиномялка состоит из металлического цилиндрического корпуса (высотой 1,25 м и диаметром от 400 до 600 мм) с дном, вала с девятью лопастями, привода для вращения вала и выпускного отверстия.

Вал изготавливают из трубы диаметром 60–75 мм. К нему прикрепляют девять стальных съемных лопастей из полосовой стали толщиной 10–12 мм и шириной 80—100 мм. Металлическое днище выполняется из стали толщиной 4–6 мм. Поверх металлического днища укладывают съемный деревянный круг, обитый сверху кровельной сталью. Этот гладкий деревянный круг предохраняет металлическое днище от износа и значительно уменьшает трение глиняной массы о днище.

Вообще-то лопастям рекомендуется придать саблевидную форму, загнув конец лопасти в сторону, обратную направлению вращения. Нижнюю лопасть выполняют двойной. Для повышения качества перемешивания глины лучше края лопасти на 50–60 мм загнуть вверх.

Для мятья вылежавшуюся, вымоченную и выдержанную глину загружают сверху в глиномешалку. Вал с лопастями вращают либо лошадиной тягой, либо с помощью двигателей мотопил «Дружба», «Урал» и др. В качестве привода подойдет и электрический двигатель мощностью 4–5 кВт. В этом случае, конечно, понадобится редуктор.

Вал с лопастями при диаметре корпуса 0,4 м вращают с частотой 1–2 об/мин. Длина дышла при конной тяге составляет 4,5–5 м. Если диаметр корпуса более 0,4 м, то обороты вала уменьшают. Обороты снижают и в случае использования очень жирной глины.

Размятая в глиномялке глина постепенно опускается вниз под влиянием собственного веса, а в результате механического действия нижней спаренной лопасти выталкивается через выпускное отверстие наружу. Скорость выхода глиняного пласта сечением 260х125 мм составляет примерно 0,9 м/мин. Это соответствует производству 32 л глины в минуту, то есть наработке глиняной массы на 13–14 штук сырца.

Следует особо подчеркнуть, что через глиномялку пропускают только вылежавшуюся и размоченную глину. Попытка загрузить в глиномешалку сухую глину, песок и воду положительного результата не даст: вода просто выльется через выходное отверстие, чуть смочив комки сухой глины.

Подготовленная глиномялкой масса может идти на ручную формовку, а может разрезаться на сырец нормальных размеров без дополнительного формования (при соответствующей форме отверстия).

Корпус глиномялки обычно изготавливают из двух состыкованных и сваренных металлических бочек, у которых, естественно, в месте стыка вырезаны днища, а также вырезано второе днище и у верхней бочки. Следует обратить внимание и на дугообразную форму верхней съемной полосы, служащей для крепления вала. Такая форма позволяет опоре пружинить и валу с лопастями приподниматься вверх в случае попадания между нижней лопастью и днищем камешков. Это предотвращает поломку глиномялки.

Подготовленная глина хранится в ожидании процесса формовки под мокрыми рогожами или матами.

При хранении следует исключить всякую возможность высыхания глины.

Формовка кирпича в кустарных условиях ведется вручную, а также с помощью глиномялки.

Ручная формовка осуществляется четырьмя следующими способами: с помощью пролетки или же подонной формы, чикмарным способом, в тисках.

Каждый из перечисленных способов имеет свои достоинства и свои недостатки. Выбор способа зависит от навыков работающего, объема формовки сырца, физической силы работающего и наличия у него помощников.

С помощью пролетки обычно формуют сырец из тощих глин. Такие глины мало усыхают, поэтому из тощих глин готовят более пластичный (более жидкий) состав, чем из жирных глин.

Для формовки используют пролетку — бездонный ящик — форму с ручками (рис. 5, а). Ящик изготавливают из гладкоструганых досок толщиной 30 мм, скрепленных по поперечным доскам стальной полосой. Для изготовления формы берут древесину прочных пород березы, бука, лиственницы. Неплохо сделать пролетку из металла или водостойкой фанеры. Деревянные формы необходимо пропитать не менее двух раз горячей олифой.

Рис. 5. Формы для ручного формования кирпича:

_{а — пролетка; б — донная одиночная форма; в и г — двухсекционные формы; д — четырехсекционная форма}

Внутренние размеры формы принимают по размерам кирпича с запасом на усадку, то есть на уменьшение размеров при сушке и обжиге. Точные размеры формы устанавливают на основании пробной сушки и обжига (нужно выйти на установленные стандартом размеры кирпича 250х120х65 мм). Рекомендуется строго придерживаться этих стандартных размеров получаемого после обжига кирпича, так как в противном случае не будут соответствовать полученным проемам печные приборы, дверные и оконные коробки, то есть придется делать толще штукатурный намет и т. д.

Подонная форма (рис. 5,б, в, г) применяется при формировании сырца из жирной глины. Во избежание растрескивания при сушке тесто из жирной глины готовят с меньшим содержанием воды. Такое тесто гуще и менее пластично. При формовке кирпича из него требуется приложить большие усилия. Чтобы форма сохранила свои поперечные размеры, ее снабжают дном. Жирную глину иногда заталкивают в форму пяткой ноги, в связи с чем кирпич, отформованный в подонной форме, называют подпятным, а отформованный в пролетке кирпич носит название слизового.

Для формовки используют стол на ножках сечением 7,5x7,5 см с верхней крышкой из досок толщиной 50 мм. Размер крышки стола в плане 0,7х0,7 м.

Чтобы глина не прилипала к стенкам формы, их либо посыпают песком (формовка с песком), либо смачивают водой (формовка с водой).

При формовке с песком глину берут с небольшим излишком, она скатывается в комок и обваливается в мелкопросеянном песке. Форму также посыпают этим песком, подле чего глину с силой бросают в форму. Затем глину вдавливают в форму с тем, чтобы заполнить углы и участки будущих ребер. После этого верхнюю поверхность формуемого кирпича выравнивают прави'лом, которое представляет собой деревянную рейку шириной 100 мм, толщиной 25–35 мм и длиной около 500 мм. Правило снабжается ручкой, прикрепленной со стороны одной из широких граней. Правило постоянно находится в ведре с водой. Им срезают излишек глины, двигая его по верху формы, после чего правило очищают от глины и снова опускают в воду. Помощник формовщика или сам формовщик относят к месту сушки форму с отформованным в ней кирпичом-сырцом и освобождают форму от глины. Затем формовщик слегка смачивает форму водой, посыпает ее песком и повторяет цикл.

Форму с глиной при переноске держат около живота в вертикальном положении Для выгрузки у места сушки форму с глиной укладывают дном кверху, снимают с отформованного сырца, приносят к столу и цикл повторяют. Обычно в обороте находятся 2–3 формы. Если помощник формовщика слишком молод для постоянной переноски тяжести (5–5,5 кг), то формовщик сам относит сырец в форме к месту выгрузки, а помощник в это время подает на стол глину и делает из нее заготовки — комья Срезанные излишки глины с песком выбрасывают в яму, где замачивается глина для работы на следующий день.

При укладки глины в двойные формы (для ускорения работы делают и такие) комок приготавливают на два отсека. Вначале глину заталкивают в ближний к формовщику отсек и руками заполняют все углы. Затем лишнюю глину снимают рукой, укладывают во второй отсек и расправляют в нем вместе с основным объемом находящейся там глины. После этого излишки глины срезают правилом.

Работа между формовщиком и двумя его помощниками распределяется следующим образом. Формовщик, сидящий за столом, заполняет форму и выравнивает лицевую поверхность кирпича. Первый помощник подает на стол глину из заготовленной кучи. Второй помощник заготавливает комья глины и обваливает их в песке. Он также относит форму с сырцом к месту сушки сырца

Если у формовщика нет помощников, то, естественно, он сам выполняет все операции последовательно.

Производительность формовщика с двумя помощниками при работе с односекционной формой достигает 2500 кирпичей в день, при работе с двухсекционной формой — не более 3000. Причем во втором случае формовщик должен обладать гораздо большей физической силой. Достаточно атлетически сильный формовщик работает и с четырехсекционной формой.

При формовке с водой форма окунается в корыто с водой и ставится на стол. В нее также забрасывается ком глины, но более жидкой, чем в случае формовки с песком. Объем кома также должен превышать объем формы. Глину дополнительно вминают в форму рукой. После этого извлеченным из корыта с водой правилом срезают излишек глины. Правило ведут по форме с углом наползания примерно в 5–6°. В результате такого выглаживания правило срезает и дополнительно вдавливает глину. Излишек глины снова пускается в дело, а не отправляется в яму для замачивания глины, как это делалось при формовке с песком.

Следует помнить, что за один рабочий день формовщик изнашивает два правила, особенно, если форма снабжена металлической окантовкой.

Иногда вместо правила используют круглый деревянный стержень — скалку диаметром около 50 мм, которым прокатывают поверхность формуемого кирпича.

Кирпич, полученный мокрым способом (с водой), сохнет быстрее, чем кирпич, отформованный с песком. Заметим, что в первом случае кирпич после обжига оказывается тяжелее второго примерно на 400–500 г и более качественно выглядит.

Российский опыт рекомендует особенно тщательно выполнять операцию формовки, так как при спешке кирпич не будет иметь необходимых формы и размеров, что в последующем приведет к короблению кирпича при обжиге. Если неоднократно обваливать глиняную заготовку в песке, то в обожженном кирпиче окажутся песчаные прожилки, значительно уменьшающие прочность кирпича. При ударе по обожженному кирпичу с прожилками он будет издавать глухой звук в отличие от металлического звука при ударе по высококачественному кирпичу.

До 30-х гг. этого столетия в Тульской области был распространен так называемый чикмарный способ формования сырца. Его достоинство заключалось в том, что крестьяне при наличии свободного времени с весны до осени заготавливали впрок сырец из жесткой, крутой глины. Для обжига же сырца крестьяне нанимали специалиста-пальщика.

Для формования сырца чикмарным способом используются следующий инструмент и оснастка: форма, молоток-чикмарь, формовочная доска (1250х300х50 мм), корыто с водой, ведро с песком, подушка (рис. 6–8).

Рис. 6. Форма для изготовления кирпича чикмарным способом:

_{1 — боковой брусок; 2 — торцевой брусок; 3 — скрутки}

Рис. 7. Молоток-чикмарь

Рис. 8. Рабочее место при формовании сырца чикмарным способом:

_{1 — ведро с песком; 2 — горка глиняных заготовок; 3 — молоток-чикмарь; 4 — яма для ног; 5 — корыто с водой; 6 — формовочная доска; 7 — отформованный сырец; 8 — форма}

Форма изготавливается из березы или клена. Размеры формы принимают с припуском на усадку во время сушки сырца и обжига кирпича.

Чикмарь вырезается из хорошо высушенного березового бревна.

Формование сырца осуществляется в такой последовательности. Вначале форму обмазывают мелким мокрым песком и кладут на формовочную доску длинной стороной вдоль продольной оси доски. Заранее заготовленные валики плотной глины, длина которых выбирается при мерно равной длине внутреннего пространства формы, укладывают в форму (на доску-дно формы предварительно насыпан песок). Ком глины в форме тоже посыпают песком. Ударами плоскостью чикмаря глину вгоняют в форму. Число ударов зависит от пластичности глины в заготовке. После уплотнения глины острыми кромками чикмаря срезают излишки глины, выступающей поверх формы.

После обработки верхней грани сырца форму переворачивают. При необходимости в углы добавляют срезанную глину и чикмарем забивают ее в пустоты и затем этим же чикмарем срезают излишки глины.

Для выгрузки сырца форму ставят вертикально и ударяют торцом о доску. Перевернув форму на 90°, ударяют о доску длинной стороной формы, после чего заготовка легко извлекается из формы. Сырец укладывают в стопки для просушки.

Описанный способ позволяет получать сырец из плотной жирной глины с относительно небольшой влажностью. Ввиду высокой плотности глины в этом случае после обжига получается очень прочный однородный кирпич.

Иногда для облегчения отделения заготовки от доски под форму подкладывают ткань, которую прикрепляют к короткой стенке формы. После перевертывания формы ткань для удобства работ сверху сдвигают.

Формовка в тисках осуществляется с помощью ручного станка, показанного на рис. 9.

Рис. 9. Тиски для ручного формования кирпича (справа — узел формовки):

_{1 — стол; 2 — ножки; 3 — педаль; 4 — шток; 5 — стенки неподвижной формы; 6 — подвижное дно (верхнее положение); 7 — шарнир; 8 — опора крышки; 9 — крышка; 10 — направляющие трубки; 11 — направляющие стержни; 12 — упоры; 13 — дно}

Станок содержит стол, на котором закреплена неподвижная бортовая металлическая форма. Размеры этой формы соответствуют размерам кирпича-сырца, вложенного плашмя в форму. Снизу форма закрыта подвижным днищем, опирающимся на неподвижные упоры. Днище может подниматься вверх при действии на него выталкивающего штока. Для предотвращения перекосов днища при подъеме вверх оно снабжено снизу приваренными к нему двумя направляющими стержнями, перемещающимися в направляющих трубах.

Сверху к форме на шарнире прикреплена верхняя крышка с длинным рычагом. При опускании эта крышка плотно опирается на борта металлической формы.

Формование сырца в тисках осуществляется следующим образом. Подаваемый на стол ком глины обваливают в песке и укладывают в форму. Подвижное днище в это время покоится внизу на упорах. После выравнивания верха глины в форме формовщик с помощью верхней крышки как бы зажимает глину в тисках. Формовщик при работе сидит на стуле, что значительно улучшает условия труда. Излишек глины затем срезается правилом, после чего формовщик надавливает ногой на! педаль и выталкивает сырец днищем из формы.

Для формовки в этом случае используется густая глина. Отформованный сырец складывается стопкой на стоящую справа от стола тележку. По мере наполнения тележки сырцом его отвозят к месту сушки.

Машинное формование кирпича производят мокрым и сухим способами.

Мокрым способом перерабатывают жирную и очень пластичную глину, к которой добавляют большое количество отощающего материала. Перед формованием кирпича глину вначале подвергают морозному и атмосферному воздействию, перемешивают с песком и вымачивают. То есть все процессы аналогичны процессам подготовки глин при ручном формовании.

Глины с плотной структурой даже после введения отощающих добавок при самом тщательном увлажнении, вымачивании и перемешивании не приобретают требуемой пластичности. Из таких глин не удается отформовать сырец мокрым способом.

Эти глины формуют с помощью пресса — сухим способом. При этом способе глину не размачивают, а предварительно размалывают бегунами или вальцами и после этого прессуют. Прессованный сырец не нуждается в сушке, он допускает немедленный обжиг. Из подходящей глины формовку кирпича ведут практически круглый год. Для сухого формования с помощью прессов хорошо подходят глины Англии, США, Испании, чего, однако, нельзя сказать о наших глинах.

Автору доводилось видеть отформованные зарубежной машиной из петербургской глины кирпичи сырца с абсолютно геометрически правильными формами с отливающими металлическим блеском поверхностями. Судя по рекламе и паспорту из этого сырца без обжига можно было сразу возводить наружные стены. Однако мелкий августовский моросящий питерский дождик быстро и без труда превратил эти спрессованные под большим давлением кирпичи в кучу растекшейся глины.

Следует признать, что из наших российских глин предпочтительнее формовать кирпичи мокрым способом. Рассмотрим его более подробно.

По сравнению с формовкой вручную машинная формовка по мокрому способу имеет свои достоинства и недостатки.

Достоинства машинной формовки сырца заключаются в возможности отформовать за один рабочий день до 20 000 штук кирпича (на целый коттедж!) при обслуживании машины шестью рабочими. При ручной формовке формовщик с одним-двумя помощниками за один рабочий день обычно формует до 3000 штук кирпичей.

При формовке машинами мокрым способом используют глины менее насыщенные водой, чем при ручной формовке. Вследствие этого требуется менее продолжительная сушка кирпича-сырца перед обжигом.

Недостатки машинной формовки обуславливаются высокой стоимостью оборудования, дефицитом такого оборудования, а также некоторой сложностью удаления камней (особенно известняка) из глины. Заметим, что в настоящее время некоторые предприятия оборонной промышленности России намечают освоить выпуск глиномялок, оборудованных приспособлениями для резки выходящей массы на кирпич-сырец.

Следует ожидать, что после освоения выпуска таких глиномялок индивидуальный застройщик будет заранее заготавливать глину, вымораживать, вылеживать ее и вымачивать. Приглашенные по договору бригады рабочих с мобильной глиномялкой, оборудованной приспособлением для резки сырца, будут формовать из этой глины сырец. После сушки сырца бригада будет помогать застройщикам обжигать отформованный сырец.

— Глиномялку для машинной формовки кирпича оборудуют мундштуком для придания выходящему пласту глины требуемой формы, понадобится бак с водой или мыльным раствором для смазки внутренней поверхности мундштука, а также приспособление для резки глиняного пласта на отдельные кирпичи. Такая система носит название «Минизавод для формовки кирпича» (к сожалению, самим «Минизавод» сделать трудно).

Мундштук прикрепляют быстроразъемным соединением у выходного отверстия внизу корпуса глиномялки. Внутреннее отверстие мундштука имеет прямоугольную форму, соответствующую по размерам либо кирпичу по пласти, либо по тычку. Размеры сечения мундштука опять же увеличивают на величину усушки сырца и усадки кирпича при обжиге.

Вблизи места крепления мундштука к корпусу глиномялки внутри него по периметру устраивают канавку, в которую подают из бака воду, мыльный раствор или машинное масло. Это облегчает процесс продавливания пласта глины через мундштук.

Выходящий из мундштука глиняный пласт должен иметь однородную поверхность и правильную геометрическую форму. Наличие шероховатостей в углах указывает на недостаточную вязкость материала и избыток отощающих добавок. Если уменьшение количества отощающих добавок или полное их исключение не позволяют устранить шероховатостей и срывов сплошности глины в углах, то следует признать, что глина непригодна для машинной формовки. В этом случае следует воспользоваться вышеуказанными простификаторами, используемыми в промышленности сборного железобетона.

Резка выходящего из мундштука пласта на отдельные кирпичи осуществляется натянутой на скобу тонкой струной.

Выдавленный из мундштука пласт глины движется по роликовым опорам до подвижного столика с упором, причем столик имеет возможность перемещаться в направлении оси движения глиняного пласта. К подвижному столику прикреплена скоба со струной. Выталкиваемый из мундштука глиняный пласт скользит по поверхности столика, упирается в выступ на дальнем его торце и начинает отодвигать столик. В это время рабочий, не тормозя движение столика, скобой со струной отрезает от пласта кирпич-сырец и перекладывает его на тележку.

Поскольку отрезаемый кусок глины по отношению к столику сохранял неподвижность, плоскость реза оказывается перпендикулярной продольным граням заготовки. Если столик оборудовать концевым выключателем или фотоэлементом, а скобу со струной — электроприводом, то процесс резки автоматизируется.

Для черепицы подходят красные глины, пригодные для обжига кирпича. Следует помнить, что в черепице из жирных глин при сушке и обжиге будут образовываться трещины и она может покоробиться, а черепица из тощих глин нестойка к морозам и атмосферным осадкам. Более всего для изготовления черепицы подходит легкоплавкая спекающаяся жирная глина. Нельзя использовать для черепицы сухую глину с малой вязкостью и с содержанием извести или мергеля, наличие которых в глине устанавливаются по пузырькам газа, выделяющегося при действии на глину кислоты.

Глину для формовки черепицы готовят так же, как и для формовки кирпича, но с более тщательным ее разминанием и удалением камней. Для повышения вязкости глину иногда приходится дополнительно отмучивать. По сравнению с глиной для формования кирпича глина для черепицы должна быть более легкоплавкой, что достигается повышенным содержанием кварцевого песка, и более густой.

Вручную легко получить плоскую, голландскую или татарскую, а также коньковую черепицу (рис. 10).

Рис. 10. Черепица ручной формовки:

_{а — плоская с угловым окончанием; б — плоская с округлым окончанием; в — плоская прямоугольная; г — голландская; д — коньковая; 1 — плита или оболочка; 2 — шип с отверстием; 3 — желобок}

Плоская и голландская черепицы снабжаются снизу зубом длиной 50 мм, высотой 10–15 мм и шириной 30 мм. Толщина плитки составляет 8-10 мм.

Формование плоской черепицы включает изготовление плоской глиняной пластины, выравнивание ее в форме до требуемой толщины, устройство шипа с отверстием, накрытие формы с черепичной заготовкой сушильной рамкой, переворачиванием глиняной черепичной заготовки с формой на сушильную рамку шипом книзу, выглаживание верха черепицы и устройство пазов вдоль боковых кромок.

Рассмотрим эти операции более подробно.

Плоскую глиняную пластину получают либо раскатыванием кома глины, уложенного в форму, либо вырезают из глыбы глины тонкий срез и вкладывают его в форму. В последнем случае глиняную глыбу формуют в виде параллелепипеда, для чего к прямоугольному деревянному основанию крепят стенки из сколоченных между собой деревянных реек толщиной 8 мм. В результате образуется прямоугольный ящик-опалубка с внутренними размерами 400 х 300 мм (по размерам основания) и высотой 320 мм (на 40 срезов). Внутрь опалубки набивают мятую глину, тщательно заполняя углы формы. Верх глины срезают правилом заподлицо с верхними деревянными рейками. После этого, отрывая поочередно по контуру деревянные рейки, проволокой срезают глиняную пластину толщиной 8 мм.

Для непосредственного формования используются стол, форма, правило, ведро с водой, ведро с песком, набор рамок для переноски и сушки отформованных заготовок, полотенце длиной 50 см и шириной 35 см из толстого полотна. Полотенце одной стороной прикрепляют к форме, другой — к круглой скалке диаметром 60–70 мм. На стол укладывают ком подготовленной для формования 400 черепиц. Поверхность глины закрывают мокрыми тряпками.

Формовку черепицы осуществляют следующим образом.

Вначале форму (толщина стенок формы составляет 8-10 мм) обмакивают в воду и кладут на небольшое возвышение на столе поверх разостланного полотенца (рис. 11).

Рис. 11. Процесс ручной формовки плоской черепицы:

_{а — подготовка к разминанию кома глины в плитку; б — срезка рейкой излишков глины с верха плитки; в — формование шипа; г — конструкция сушильной рамки (план); д — наложение сушильной рамки на формуемую плитку; е — устройство желобков на плитке после ее переворачивания на сушильной рамке; ж — плитка на сушильной рамке после снятия формы;}

_{1 — рамка с ручкой; 2 — ком глины; 3 — ткань-полотенце; 4 — скалка; 5 — подставка; 6 — стол; 7 — правило; 8 — выровненная поверхность плиты; 9 — валик глины; 10 — шип; 11 — продольная рейка сушильной рамки; 12 — паз для шипа; 13 — поперечная рейка; 14 — бруски для формования паза под шин; 15 — верхняя плоскость черепицы; 16 — боковые пазы}

Затем от заготовленной глины берут кусок, скатывают его в шар и разминают пальцами в блин внутри формы, тщательно заполняя углы. После этого выравнивают верх глиняного пласта правилом, сдвигая его вместе с валиком излишка глины к ручке формы. Из этого валика глину сгребают большими пальцами обеих рук к центру, отформовывая шип у центра среза формы. Ни в коем случае нельзя прилепливать выступ-шип к гладкому пласту. После обжига такой шип обязательно отвалится. В шип на уровне поверхности пластины вставляют круглую палочку для образования отверстия. При обжиге деревяшка выгорит.

После этого черепицу посыпают песком и накрывают сушильной рамкой, у которой в месте будущего шипа сделано углубление.

Держась одной рукой за ручку формы и за скалку и прижимая другой сушильную рамку, форму и заготовку поднимают, переворачивают сушильной рамкой вниз и кладут на стол. Затем отрывают от формы и черепицы полотенце, мокрыми ладонями выглаживают лицевую поверхность черепицы и двумя пальцами проводят желобки вдоль продольных краев пластинки. Назначение желобков — исключить движение дождевой влаги поперек черепицы. После этого форму снимают с заготовки и сырцовую черепицу относят на сушильной рамке в сушилку. Сырец в сушилку обычно переносит подручный формовщика.

Из хорошей глины за смену формовщик с помощником делают 800—1000 штук плоских сырцовых черепиц, которых после обжига будет достаточно для устройства около 40 м² кровельного покрытия.

Процесс несколько ускорится, если помощник будет нарезать пластины металлической струной. Формовщику останется только вдавить пластины в форму и загладить верхнюю поверхность черепицы.

Голландская и коньковая черепицы формуются аналогично. При этом используют волнистые формы и сушильные рамки соответствующей конфигурации. Пласты для голландской черепицы делают более тонкими, так как ее пространственная конструкция обеспечивает черепице большую прочность. Суточная выработка такой черепицы (500 штук) меньше, чем плоской. Этот недостаток компенсируется небольшим нахлестом таких черепиц на крыше.

Влажность глины при формовке колеблется от 18 до 40 %. Перед обжигом влажность глины до 5-12 % уменьшают путем сушки.

Необходимость сушки сырца объясняется требованием резко уменьшить расход топлива при обжиге. Так, только на подогрев и испарение 1 кг содержащейся в сырце воды при температуре 100 °C затрачивается 642 ккал. Если учесть нагрев воздуха, уносящего испаряющуюся влагу, то количество тепла на сушку придется удвоить-утроить.

Вместе с тем сушка сырца перед обжигом также уменьшает вероятность растрескивания кирпича при обжиге, устраняет слипание кирпичей и обеспечивает возможность набора сырцом прочности, достаточной для его укладки для обжига без разрушения в штабеля высотой до 25 рядов.

Сырец сушат в естественных условиях до влажности 8-12 %, а в специальных установках до 5–7 %.

При индивидуальном производстве кирпича и черепицы обычно используют естественную сушку сырца. В себестоимости производства кирпича и черепицы трудозатраты на сушку составляют примерно 8-12 %.

В процессе сушки сырца происходит испарение влаги с поверхности изделия при одновременном перемещении влаги из внутренних слоев материала к наружным. При сушке удаляется вода, связанная с материалом физико-химическими и механическими связями. Химически связанная вода сушкой не удаляется.

С повышением температуры пары воды с высушиваемого материала диффундируют в воздух. В результате этого влага начинает перемещаться от глубинных слоев к поверхности. Скорость сушки характеризуют количеством воды, удаляемой в единицу времени с единицы поверхности, при этом она связана как со скоростью удаления паров воды с поверхности сырца, так и со скоростью движения воды внутри сырца. Скорость сушки тощих глин больше, чем жирных, она возрастает при росте температуры сырца и наружного воздуха, при увеличении скорости движения воздуха, обдувающего сырец. Скорость сушки уменьшается при увеличении относительной влажности окружающего воздуха.

В начальный период сушки, когда все капилляры в глине заполнены водой, объем испарившейся из сырца воды вызывает пропорциональное уменьшение объема сырца. В последующем вода продолжает испаряться, но количество «ушедшей» воды превышает скорость усадки. При достаточно быстром испарении воды с поверхности поступление влаги из внутренних слоев к поверхности запаздывает. Силы поверхностного натяжения растягивают наружные слои глины и сжимают внутренние. В результате при интенсивном испарении влаги особенно на 2—5-й день с начала естественной сушки на поверхности сырца возможно образование трещин.

Вероятность появления усадочных трещин возрастает при увеличении разности температур наружного воздуха и сырца, а также скорости движения воздуха относительно поверхности сырца и при воздействии на сырец прямых солнечных лучей.

Допустимой скоростью сушки сырца считается такая, при которой интенсивность испарения влаги с поверхности не превышает 4 кг/м²-ч. В этом случае не будет ни растрескивания, ни коробления сырца. Эффективность естественной сушки, конечно, зависит от атмосферных условий, поэтому проводится она обычно в теплое время года. Продолжительность сушки составляет 1–3 недели.

Естественную сушку кирпича-сырца ведут в сараях или под навесом. Кирпич при сушке выгружают на выровненный грунтовый пол. Предварительно на пол насыпают подстилающий слой из сухого песка, просеянного боя кирпича или из высушенной соломы. Толщина подстилающего слоя 1–2 см, его основное назначение — предотвращать прилипание сырца к основанию и обеспечивать возможность его сдвижки и равномерной сушки глины на нижней плоскости кирпича. Рекомендуется сырец выгружать в два ряда в каждую сторону от прохода. Ширину прохода принимают около 50–60 см. Сырец кладут в один слой плашмя длинной стороной перпендикулярно проходу. Расстояние между кирпичами должно обеспечивать их сохранность при перекантовке.

В первое 3–4 дня предпринимают меры для уменьшения испарения влаги из сырца. Для этого вдоль опор навеса устанавливают временные щиты или натягивают мешковину, чтобы предотвратить сквозняк. На 6-й день, когда влажность снизится до 12–14 %, сырец поворачивают и устанавливают на длинную грань и сушат его в таком положении еще 5–6 дней. В это время принимают меры по созданию дополнительных сквозняков под навесом. При сырой погоде продолжительность сушки кирпича составляет в общей сложности 20 дней и более.

В начальный период сушки, то есть в первые 3–4 дня, сначала высыхает глина на верхней и боковых гранях кирпича, и размеры их уменьшаются. В верхней части сырца высыхающей глиной создаются растягивающие усилия, передаваемые на его нижнюю часть, что ведет к образованию трещин в нижней части сырца. Подобную ситуацию предупреждают выбором соответствующей рецептуры глины (тощие глины с достаточной связностью), укладкой сырца на подстилающий слой и возможно малой скоростью сушки сырца в первые сутки. Если нижнюю грань сырца уложить на влажную землю без песчаной, опилочной или соломенной прослойки, то поперек нижней грани сырца обязательно возникнет трещина.

Возможно также растрескивание сырца и в верхней части. Это происходит при слишком жирной глине. Быстрое высыхание верхней части кирпича вызывает его коробление, при котором края сырца отрываются от основания. Сырец в этом случае трескается сверху, так как высыхание оторвавшихся от основания нижних участков сырца разрывает глину на верхней части сырца, в его середине. Образования трещин можно избежать, переворачивая кирпич верхней гранью вниз уже после первых полутора суток сушки.

Затвердевший сырец с влажностью 8–9 % досушивают в штабелях-клетках до 8 рядов по высоте. Окончательно высохший сырец направляют для обжига в печь.

В районах с умеренным климатом применяют сушку кирпича-сырца под открытым небом на так называемых полянах. На случай дождя запасают съемные водонепроницаемые пленочные покрытия. Сырец в этом случае укладывают плашмя на подстилку, рассыпанную по временному дощатому основанию. Его поворачивают на ребро уже через 6–8 ч, а через 3–4 суток сырец перекладывают в клетки (рис. 12). Скорость сушки на открытом воздухе регулируют с помощью рогож, которыми в необходимом случае прикрывают сырец, сама сушка ведется 8-10 дней.

Рис. 12. Клетка досушиваемого сырца

Замерзание недосушенного сырца вызывает его разрушение. Поэтому для сушки сырца в средней полосе России используют только 4–5 летних месяцев. Сезон сушки увеличивают, добавляя при мятье в глину раствор хлористого кальция, понижающего температуру замерзания воды в глине. Это позволяет начать формовку ранней весной и закончить ее поздней осенью. Добавка хлористого кальция составляют до 2 % от массы глины (примерно 70 г на один кирпич), и такой сырец не замерзает при снижении температуры даже до — 14 °C.

При введении в глину поваренной соли в количестве 90 г на один формуемый кирпич последний продолжает сохнуть при температурах до — 10 °C.

Сушку сырца удается ускорить, если штабеля-клетки размещать в пленочных или стеклянных теплицах. Штабеля в этом случае рекомендуется укладывать из сырца двух видов: в нижних 8—10 рядах в течение недели досушивают кирпич, а в верхних 8 рядах укладывают для сушки более влажный. Через неделю нижние ряды отправляют для загрузки в печь, а верхние укладывают на досушку вниз, загружая их сверху свежими, снятыми с тока.

Черепицу сушат на сушильных рамках, которые укладывают в этажерках, размещаемых в крытых сараях. Для устройства каждой из этажерок в землю вкапывают по два ряда деревянных столбов диаметром 10 см. Расстояние между столбами в каждом ряду 120 см, расстояние между рядами 25 см. К столбам прибивают горизонтальные рейки сечением 50x50 мм. 1-й ряд реек прибивают на 35 см от пола. Расстояние между рейками 18 см. Эти горизонтальные рейки и выполняют функции стеллажей. Ширина проходов между рядами этажерок 120 см.

Рамки с сырцовой черепицей вносят в сарай и укладывают на рейки. Черепицу высушивают на воздухе в сарае без сквозняков. В процессе сушки у черепицы возможно образование трещин, которые возникают чаще, чем при сушке кирпича, что обусловлено применением для формования черепицы более жирной глины, которая плохо переносит сушку. Необходимость применения такой глины диктуется тем, что к черепице предъявляются жесткие требования по водопоглощению и по морозостойкости. Следует помнить, что черепица имеет выступ (шип) и пазы, которые увеличивают неравномерность усушки различных частей изделия.

Трещины на черепице образуются в результате более быстрого испарения влаги с краев плиты. В результате в сырце возникают неравномерные усадки, вызывающие искривления и трещины.

Для предупреждения брака в сушке черепицы в первые три дня обычно навес с боков закрывают щитами, чтобы исключить движение воздуха. Кроме того, рекомендуют смазать свежеотформованную черепицу известковым молоком либо дизельным топливом или покрыть лаком «Этиноль». При мятье глины рекомендуется особенно тщательно разминать ее. Следует помнить, что глина для черепицы должна давать суммарную воздушную усушку и огневую усадку не более 10 %.

Обжиг кирпича — наиболее ответственный процесс, непосредственно влияющий на качество получаемой продукции. Обжиг придает кирпичу и черепице необратимую прочность, долговечность, морозостойкость и водоустойчивость. В результате обжига черепица получает дополнительно водонепроницаемость.

При обжиге в печи различают следующие стадии:

• сушку сырца при температуре до 110 °C;

• подогрев печи до температуры воспламенения топлива — угля (400–500 °C);

• собственно обжиг, называемый иногда «взваром», при котором температуру в печи поднимают до 900—1050 °C и выдерживают кирпич при такой температуре 10-124. для его спекания;

• медленное остывание обожженного кирпича (без принудительного отбора тепла) до температуры 500–600 °C и дальнейшее охлаждение с использованием вентилирования до температуры 40–50 °C.

Топливо для обжига. В условиях кустарного производства для обжига кирпича можно использовать дрова, хворост, торф, солому, камыш, каменный и бурый уголь. На выбор топлива в основном влияют финансовые возможности застройщика. При современных же ценах наиболее целесообразно использовать местное топливо: хворост, дрова, торф, солому.

Древесное топливо наиболее подходит для обжига кирпича. При горении древесина дает чистое и длинное пламя, равномерно прогревающее весь объем обжигаемых кирпичей или черепицы. Древесина мягких пород деревьев (ели, сосны и др.) при горении образует особо длинное пламя и дает меньше углей, основного источника лучистой энергии, прогревающей главным образом прилегающие к очагу кирпичи. Древесина деревьев твердых пород (дуб, бук и др.) при горении дает короткое пламя и больше углей. А вообще-то для обжига кирпича наиболее подходят сухие березовые дрова.

Для обжига древесным топливом устраивают печи с решетками в передней части. Конечно, для топки целесообразно применять топливо с минимальной относительной влажностью. Это уменьшает/расход топлива и повышает качество кирпичей или черепицы. Хворост предварительно связывают в пучки, чтобы уменьшить его объем и облегчить загрузку в печь.

Каменный уголь характеризуется высокой теплотворной способностью. При обжиге предпочтение отдают каменному углю низкого качества (тощему углю), так как он меньше коптит и, как правило, не содержит серы. Его сжигают на решетках с зольником. Каменноугольный кокс непригоден, так как не обеспечивает достаточной для обжига температуры. Кокс рекомендуют применять в печах для сушки кирпича в начальный период обжига, поскольку получаемые при его сгорании газы наименее насыщены водой. Сам обжиг в этом случае производят на каменном, а также на буром угле или на торфе. Правда, лучше бурый уголь все же не использовать, так как он дает очень много золы (до 50 %) и имеет невысокую теплотворную способность.

Торфе малым содержанием грунтовых примесей имеет зольность до 18 %, горит чистым длинным пламенем, что позволяет получать кирпич чистого цвета. Влажность торфа должна быть минимальной. При использовании торфа топку снабжают зольником большей, чем при обжиге дровами, длины. Торфяную золу рекомендуют использовать как добавку при формовании сырца.

Технические показатели различных видов топлива приведены в таблице 1.

Для горения того или иного вида топлива требуется строго определенное количество кислорода воздуха. При недостатке воздуха топливо не будет полностью сгорать, недогоревшие вещества в виде газов уйдут в атмосферу, что приведет к потерям теплоты. Избыток воздуха также приводит к потерям теплоты, которая в этом случае будет расходоваться на нагрев этого избыточного воздуха.

Для горения твердое топливо нужно нагреть до температуры воспламенения, которая составляет: 222 °C для торфа, 295 °C для дров, 300–500 °C для каменного угля и 500–700 °C для антрацита (топливо в печи разжигают чаще всего с помощью сухих дров).

Обжиг кирпича включает доставку и укладку сырца в печь, непосредственно обжиг, а также выгрузку кирпича из печи с сортировкой по качеству.

Укладка сырца в печь имеет свои особенности в зависимости от вида используемого топлива и типа печи. Так, при обжиге кирпича каменным углем между слоями сырца предусматривают прослойки из мелкодробленого каменного угля. При обжиге дровами и торфом каждый ряд сырца кладут непосредственно на предыдущий слой сырца.

В кустарных условиях обжиг кирпича можно вести во временных простейших печах без стен (в кострах), в печах с глинобитными стенами, в печах ямного (грунтового) типа с одной кирпичной или глинобитной стеной.

Простейшая напольная печь изготавливается с глинобитными стенами, а также со стенами из сырца или еще лучше — из обожженного кирпича. Печь строят под открытым небом или под навесом. Напольная печь до загрузки в нее сырца показана на рис. 13.

Рис. 13. Напольная печь:

_{1 — наружные стены; 2 — уступы; 3 — контрфорсы; 4 — очелки; 5 — прогары; 6 — проем для загрузки и выгрузки кирпича.}

Для уменьшения трудозатрат по садке и извлечению кирпича печь заглубляют в грунт на 1,5 м — половину высоты печи. По длине печь оборудуется очелками для сжигания в них топлива. Очелки перекрывают арками в один кирпич, отстоят они друг от друга по фронту на расстоянии а = 1–1,5 м. Поперек арок на расстоянии 27–30 см оставляют прогары — проходящие по всему полу печи щели шириной 2,5–3 см. Каждый очелок в верхней части соединяется с каждым прогаром. Очелки выполняют шириной 0,6–0,8 м и высотой 0,7–1 м. Печь по высоте выкладывают на 24–28 рядов кирпича на ребро, что составляет 3–3,6 м. Ширина печи — 3–4 м (при одностороннем отоплении) и 6–8 м (при двустороннем отоплении). Длина печи L по фронту зависит от числа очелков. В боковой стене предусматривают проем, устраиваемый на уровне грунта. Через проем в печь загружают сырец и выгружают кирпич. Этот проем перед обжигом закладывают кирпичом в 2 ряда.

Укладка кирпича-сырца в печь называется садкой. Тип садки в напольной печи зависит от вида сжигаемого в ней топлива.

Обжиг кирпича дровами. В случае применения длиннопламенного топлива: дров, хвороста, торфа и соломы — используют тип садки, показанный на рис. 14.

Рис. 14. Садка кирпича в печь на длиннопламенном топливе:

_{а — вид от боковой стены; б — план IV–VI-ro рядов: 1 — фасадная стена; 2 — прогар; 3 — под нижнего ряда}

Сырец укладывают на длинную сторону ребра начиная от одной из торцевых стен печи. Укладку ведут уступами высотой и шириной около 1 м.

1-й от пода ряд выполняет функцию ножек. В этом ряду сырец кладут лентами вдоль прогаров перпендикулярно осям очелков. Расстояние между смежными лентами кирпичей принимают равным 2,5–3 см. Следующий по высоте ряд является рабочим (ряды считаются снизу вверх). Кирпичи этого 2-го ряда кладут перпендикулярно кирпичам 1-го ряда. Расстояние между лентами сырцов принимают также равным 2,5–3 см. 3-й ряд выполняют так же, как 1-й, нижний, а 4-й ряд — как 2-й ряд.

5-й ряд. располагают поверх 4-го ряда под углом 30° к боковой стене. Аналогично укладывают все последующие нечетные ряды. 6-й ряд и все последующие четные ряды располагают под углом 30° к боковой стене, но в другую сторону. Сырец в лентах кладут вплотную друг к другу тычками. В косых рядах расстояние между лентами составляет 1,5–2,5 см.

По окончании садки кирпича-сырца на верхний косой ряд укладывают перекрытие из 2 рядов кирпичей плашмя. Кирпичи этих 2 рядов укладывают с перевязкой. Поверх кирпичей делают обмазку из тощей глины толщиной 20–30 мм, сверху обмазки засыпают крупнозернистый песок слоем толщиной 10–12 мм (рис. 15).

Рис 15. Обмазка перекрытия печи

В перекрытии устраивают регулировочные отверстия размером 25х12 см для выхода пара и дыма. Отверстия выгораживают поставленным на ребро кирпичом и располагают рядами по оси очелков. Расстояние между отверстиями в свету принимают равным 27 см.

Во время обжига отверстия прикрывают кирпичом, выравнивая температуру по всему массиву. К концу обжига постепенно закрывают все отверстия в топках и в перекрытии, обеспечивая медленное остывание массива кирпича. Температура в массиве около стен всегда ниже, чем в центре. Поэтому при обжиге отверстия около стен закрывают последними.

Разжиг печи производят в каждом очелке при помощи сухих щепок и мелко наколотых дров. Огонь разжигают у входа очелка. Сжигая мелкие дрова, создают жар, затем постепенно подбрасывают более крупные дрова, после чего переходят на основное топливо.

В начале обжига (при сушке сырца) в топке поддерживают слабый огонь и используют максимально сухое топливо.

Форсированное испарение остаточной влаги в начале обжига приводит к быстрому образованию водяных паров в теле обжигаемого керамического материала, так как скорость образования паров из-за высокой интенсивности нагрева сырца превышает скорость фильтрации паров через толщу обжигаемого материала. Вследствие этого в материале возникает избыточное давление водяных паров, в результате чего обжигаемое изделие разрушается.

Поэтому во избежание брака топку разжигают медленно, постепенно увеличивая объем сжигаемого материала. В то же время нельзя допускать и образования конденсата на холодном в начале обжига сырце. Ведь при выпадении конденсата сырец разжижится и просядет под тяжестью верхних слоев.

Подбрасывая в топки по 2–3 полена через 15–20 мин., продолжают медленный подъем температуры, пока полностью не высушат сырец. Окончание сушки устанавливают по прекращению выделения пара через отверстия в покрытии либо по сухому состоянию металлического щупа, быстро опущенного и извлеченного из отверстия, оставленного для этого в массиве.

По окончании сушки увеличивают загрузку топлива, закрывают заслонки печей, достигая скорости подъема температуры до 6–7 °C в час. Когда через отверстия в перекрытии начнут вырываться языки пламени, необходимо обеспечить равномерность выхода этих языков, для чего отдельные отверстия в своде временно прикрывают кирпичом, а при необходимости пробивают дополнительные отверстия.

По мере разогрева обжигаемого массива возрастает тяга, ускоряется сгорание топлива, в связи с чем его загрузку увеличивают, а место горения постепенно отодвигают от устья топки. Дверцы топок в это время закрывают заслонками на 1/2 и даже на 2/3 их площади.

При подъеме температуры происходит осадка обжигаемого кирпича. При этом стремятся обеспечить равномерность осадки по всей площади, что указывало бы на однородность обжига. Для этого там, где осадка меньше, усиливают огонь, а где больше — перекрывают отверстия в покрытии.

К концу 5-х суток непрерывной топки в результате осадки высота массива кирпича с первоначальных 3–3,6 м (24–28 рядов кирпича) уменьшается до 2,65-3,25 м. Массив кирпича приобретает ярко-красный, а то и светло-вишневый цвет. Для наблюдения за цветом кирпича внутри печи оставляют каналы, обеспечивающие возможность видеть ход обжига по длине печи. Каналы предусматривают как вверху, так и внизу печи. В конце обжига клещами вынимают один кирпич для пробы. Убедившись в его нормальном цвете и определив по чистому и звонкому звуку достаточность и равномерность обжига, а также удостоверившись путем разламывания кирпича в его достаточной прочности, обжиг прекращают. Если перечисленные качества не достигнуты, обжиг продолжают.

После принятия решения о прекращении обжига во все очелки в последний раз загружают дрова, закрывают топки заслонками, щели замазывают глиной, все отверстия в перекрытии закрывают кирпичом на глиняном растворе и дополнительно засыпают песком. В условиях недостатка кислорода воздуха топливо медленно сгорает, поддерживая некоторое время конечную температуру обжига. Этот процесс называют «закалом». Он продолжается 10–12 ч. После этого начинается остывание массива, которое в начальный период проводят как можно медленнее. С этой целью с наветренной стороны печи устанавливают защитные деревянные щиты, которые снижают теплопотери через стены.

Через 2 суток начинают разбирать покрытие печи и после охлаждения кирпичей до температуры 40–50 °C приступают непосредственно к разборке и сортировке обожженного кирпича.

Полный цикл обжига длится 8-12 суток, при этом загрузка кирпича в печь продолжается 1–2 суток; окуривание — 2 суток; подъем температуры — 3–4 суток; охлаждение — 3–4 суток.

Обжиг кирпича каменным углем в печах без стен (кострах) производят следующим образом.

У места, намеченного для обжига, из кирпича-сырца складывается печь-костер. Наружные стороны этого «костра» выполняют функции стен печи для обжига кирпича. В нижней части «костра» предусматривают ходы (очелки) для топки. Между очелками делают щелевые проходы (для горячего воздуха) до самого верха костра.

Основание под печь выравнивают горизонтально или ему придают уклон к середине. Основание утрамбовывают, а по контуру делают водоприемную кольцевую канаву, от которой устраивают водоотвод.

Вид костровой печи для работы на угле показан на рис. 16.

Рис. 16. Печь без стен:

_{а — вид с переднего фасада; б — раскладка сырца в 3-м ряду; в — раскладка в 6-м ряду: гид — раскладки в четных и нечетных рядах с 7-го по 28-й ряд: 1 — поддувало; 2 — кирпичи колосниковой решетки; 3 — очелок}

Нижний ряд выполняют из кирпича-сырца на ребро. Допускается использование для 1-го ряда бракованного обожженного кирпича. Ширину напольной печи при одностороннем отоплении принимают равной 3–4 м, при двустороннем отоплении — 6–8 м. Кладку по длине печи вначале выполняют на первые 2–3 очелка (на 3–4,5 м). 2-й ряд делают только из сырца, укладывая его на ребро. Уже во 2-м ряду (рис. 16, а) на всю ширину печи выкладывают продольные каналы для тяги воздуха. Ширина каналов равна двум толщинам кирпичей. Кирпичи во 2-м ряду укладывают вплотную друг к другу. Каналы на всю их глубину перекрывают кирпичами, уложенными плашмя на кирпичи 2-го ряда. Эти кирпичи выполняют роль топливной решетки для пропуска воздуха к углю. Между кирпичами топливной решетки предусматривают промежутки в 16 мм. На эти кирпичи укладывают уголь. Очелки в сечении имеют высоту — 650 мм, ширину 270 мм. Расстояние в свету между очелками — 650 мм, расстояние между очелками в осях составляет 930 мм.

При устройстве печи в четыре очелка ее длина по фронту составляет 3,72 м, в пять — 4,65, в десять — 9,3 м.

На рис. 16,б показан 3-й ряд садки. В процессе садки на каждый ряд сырца насыпают слой угля толщиной 22 мм. 5-й ряд заканчивает широкую часть очелков. После выкладки 5-го ряда очелки на всю длину и высоту заполняют углем, причем вниз кладут крупный, а в верхнюю часть — более мелкий; мелким углем покрывают и кирпичи 5-го ряда. В среднем промежутке между очелками сырец укладывают змейками.

На рис. 16,в приведен 6-й ряд, где показаны нависающие над очелками вы пуски кирпичей. С 7-го ряда по 14-й ряд сырец укладывают с перевязкой (рис. 16,г,д) и с пересыпкой рядов мелким углем толщиной 22 мм. С 14-го ряда по 19-й ряд угол ь насыпают слоями толщиной 15 мм, а выше (по 28-й ряд) — толщина слоев угля опять 22 мм. Расстояние между кирпичами в плане принимают равным 10 мм, чтобы жар мог равномерно распространяться по всему массиву.

Кладка кирпича ведется параллельно очелкам уступами на всю ширину печи. В процессе садки печь постепенно зауживают, что повышает ее устойчивость.

Садку целесообразно поручить квалифицированному мастеру с двумя помощниками, подающими сырец, и еще одним, подающим уголь. Производительность такого звена составляет 10 тыс. штук садки кирпича в день.

По верху садки укладывают два ряда кирпичей плашмя на глиняном растворе с последующей обсыпкой песком.

Над очелками в перекрытии устраивают обычные регулировочные отверстия.

По окончании садки кирпича в очелках зажигают сухой хворост, мелко наколотые дрова, заранее уложенные в устьях очелков под уголь. Спустя 2–3 ч, когда уголь достаточно хорошо разгорится, топочные отверстия с обеих сторон печи закладывают кирпичом, оставляя квадратные отверстия размером 13х13 см. Эти отверстия служат для регулирования процесса горения. Затем вся печь с боков гермитично обмазывается глиной. Ход обжига изменяют либо закрытием регулировочных отверстий, либо снятием глиняной обмазки, либо прикрыванием печи с наветренной стороны щитами. Если нужно усилить нагрев печи в определенном месте, то в этом месте снимают глиняную обмазку как сверху, так и сбоку костра. Если стены при обжиге начнут выпирать наружу, то их с боков усиливают подпорками. На 8—10-й день жар достигает верха печи. В это время на покрытие насыпают слой сухой земли.

Охлаждение печи продолжается 10–14 суток.

В такой печи получается довольно разнородный по качеству кирпич: внутри массива он пережигается, снаружи получается недостаточно обожженным. Пережженный кирпич можно использовать для устройства фундаментов, а недожженный — для внутренних малонагруженных стен. Обычно в печах со стенами получают при обжиге 6–7 % недоброкачественного (недообожженного или пережженного) кирпича, а в печах без стен — 10–12 %.

Применяют еще один метод обжига кирпича-сырца в напольной печи со стенами при помощи антрацита (метод А. П. Пугачева).

По этому методу кирпичи 1-го ряда укладывают на ребро в шахматном порядке (рис. 17).

Рис. 17. Садка в печь со стенами для обжига антрацитом по методу А. П. Пугачева

Смежные ленты кирпичей в 1-м ряду параллельны друг другу, а между торцами сырца в одной ленте оставляют зазор в 12–13 см. На 1-й ряд укладывают елкой кирпичи 2-го ряда ребрами тычков вплотную друг к другу. Расстояние между боковыми гранями смежных кирпичей во 2-м ряду составляет 4–5 см. Также елкой укладываются кирпичи 3-го ряда, но расстояние между кирпичами уменьшают до 3 см, а в 4-м ряду — до 2 см. С 5-го ряда по 9-й ряд (5 рядов) кирпичи сажают вплотную друг к другу. Кирпичи с 5-го ряда по 8-й ряд (4 ряда) пересыпают мелким каменным углем — штыбом.

10-й ряд сажают так же, как и 2-й ряд, но в направлении, перпендикулярном ему. Ряды с 11-го по 21-й кладут плотной елкой. Все ряды, кроме 10-го и 21 — го, пересыпают штыбом. В 22-м ряду сырец сажают с промежутками в 4–5 см. 23—30-й ряды укладывают плотными елками и пересыпают их углем. Ряды 31 -33-й кладут также в виде плотной елки, но без пересыпки углем. Поскольку обычные печи рассчитаны на обжиг 18–20 рядов сырца, то при обжиге на каменном угле печь наращивают.

Верх печи заделывают двумя слоями кирпича плашмя. Регулировочные отверстия устраивают над прогарами через один кирпич по ширине и через два по длине очелков.

Для обжига 1000 кирпичей расходуют 500 кг угля. На нижние ряды его насыпают на 10–15 % больше, чем на верхние.

Сушку сырца при обжиге углем по способу А. П. Пугачева выполняют обычно с использованием дров, поддерживая в очелках слабый огонь. После удаления из сырца влаги в очелках поднимают температуру и разжигают уголь. В остальном обжиг ведут аналогично обжигу в костровой печи.

В табл. 2 приведены наиболее частые дефекты кирпичей, образующиеся при их изготовлении.

Чтобы избежать брака при изготовлении кирпичей, необходимо внимательно изучить и понять процессы, происходящие при обжиге керамических материалов и изделий.

При нагревании в глинистой породе протекают сложные химические и физико-химические процессы Они происходят как в самой глине, так и в ее примесях (флюсах, отощающих и органических добавках).

Химические процессы необратимого превращения сырца в керамический черепок с известным приближением можно описать следующим образом.

В интервале температур 450–600 °C происходит дегидратация каолинита (Аl₂O₃∙2SiO₂∙2H₂O) с образованием безводного метакаолинита (Al₂O₃∙2SiO₂). При дальнейшем нагревании до температуры 700–800 °C метакаолинит разлагается с образованием аморфных кремнезема и глинозема. Часть аморфного глинозема взаимодействует с находящейся в глине окисью магния и образует элемент черепка — шпинель (MgAl₂O₄), с температурой плавления 2135 °C. При дальнейшем повышении температуры (более 900 °C) глинозем вновь соединяется с кремноземом с образованием минерала муллита и дальнейшим насыщением системы аморфным кремнеземом. Как известно, аморфный кремнезем обладает высокой реакционной способностью. Начиная с температуры 750–800 °C, он вступает в реакцию с находящимися в составе глин окислами Са, Na, К, Fe с образованием жидких силикатных стекловидных расплавов. Эти расплавы цементируют всю систему. Процесс цементации жидкими расплавами резко ускоряется при температуре более 1000 °C. Начиная с этой температуры, окись железа Fe₂O₃ переходит в химически активную закись железа FeO, которая с аморфным кремнеземом ускоряет цементацию системы. Часть окиси железа переходит в кристаллический минерал гематит, входящий как законченный продукт в керамический черепок. При температуре около 1000 °C имеющийся в глине аморфный кремнезем и введенный в глинистую смесь песок кристаллизуются вокруг кристаллического кремнезема (песка).

При возникновении жидкой фазы начинается спекание глин — стягивание твердых частиц расплавом. В результате спекания обжигаемый материал уменьшается в объеме, дополнительно уплотняется и снижает свою открытую пористость. Глубина спекания пропорциональна длительности воздействия высоких температур.

Рекомендуется при обжиге медленное повышение температуры массы всего обжигаемого материала, а также достаточно длительный процесс «закалки» массива в конце обжига. Следует избегать в процессе подъема температуры даже кратковременного ее снижения.

При охлаждении массива образование трещин в обожженных изделиях возможно в интервале температур 900–700 °C. В этом интервале изделие переходит из пиропластического состояния в хрупкое. Еще более опасным является переход через температурный интервал 600–550 °C, когда происходят модификационные превращения кристаллического кварца Быстрое охлаждение керамики в этом интервале температур приводит к ее разрыхлению, к появлению многочисленных волосяных трещин.

Конечно, вряд ли читателю-умельцу так уж необходимо знать, какие химические процессы происходят при превращении глины в керамический черепок. Но мы его все-таки здесь приводим, чтобы показать, что обжиг кирпича совсем непростое дело!

Обжиг черепицы является ответственным заключительным процессом ее изготовления. Только после обжига черепица приобретает свои товарные свойства.

Так же, как и при обжиге кирпича, процесс обжига черепицы в печи включает следующие процессы:

• досушку сырцовой черепицы с целью удаления из нее оставшейся после сушки на воздухе влаги;

• подогрев печи до температуры 400–500 °C;

• непосредственно обжиг (взвар), при котором изделие нагревают до температуры 950-1000 °C, и выдерживание (закалку) в течение 3–5 ч при этой температуре;

• охлаждение обожженных изделий до температуры 40–45 °C, допускающей выгрузку готовой черепицы из печи. Различают два этапа охлаждения: медленное — до температуры 500–600 °C (при плотно закрытых очелках, зольниках, регулировочных отверстиях в покрытии) и естественное — после открытия всех отверстий и снятия с верха печи песка и глины.

Для обжига черепицы применяют те же самые напольные печи, что и для обжига кирпича. Топливом для обжига черепицы служат дрова, хворост, солома. Такое топливо может сгорать на полу без устройства колосниковых решеток.

Обжиг черепицы торфом и каменным углем производят с использованием колосниковых решеток и поддувал. Для горения бурого угля и антрацита в поддувало подают воздух с помощью дутьевого вентилятора.

Организация садки сырца в печь периодического действия непосредственно влияет на качество обожженной черепицы. Сырец необходимо установить так, чтобы горячие газы омывали весь массив черепицы без заметного сопротивления их движению. Садку разрежают в тех местах, куда в первую очередь поступает пламя, чтобы оно могло пройти к удаленным от огня черепицам.

Перед садкой обязательно проверяют качество и степень сушки сырца. В печь помещают только доброкачественную черепицу (без трещин, короблений и других дефектов). Влажность черепицы при садке должна быть не более 9 %. При садке черепицу кладут на длинное ребро вертикально, причем кладут па'рами (вплотную друг к другу плоскими сторонами). Так парами помощник и подает садчику черепицы. Садчик правой рукой укладывает черепицу, а левой рукой удерживает от опрокидывания набок ранее уложенные черепицы.

При садке стремятся максимально обеспечить вертикальность установки черепицы. Часто ряд черепицы перемежают с рядом кирпича (рис. 18). В случае неплотной садки черепица при обжиге займет наклонное положение, что создает возможность ее коробления и ухудшит движение газов в печи.

Рис. 18. Садка черепицы в печь вместе с кирпичом

При разреженной садке пары черепиц ставятся друг к другу вплотную, разрежение же создают сдвижкой смежных пар по длине. Различают садку черепицы в елку и садку в клетки, расположенные в шахматном порядке.

Садка в елку технологически проще для садчика и лучше пропускает пламя. При такой садке угол между стеной и черепицей делают в 15–20°, между стеной и 1-й парой черепиц ставят клин из боя сырца. Далее в елке черепицы парами располагают вплотную друг к другу. Садку ведут от стены до стены. Чтобы исключить опрокидывание последней черепицы, между ней и стеной вставляют кусок боя. В этом же ряду смежную елку укладывают либо параллельно стенке, либо с образованием елки в другую сторону. Елочная садка к тому же надежно обеспечивает устойчивость рядов в массиве.

Садку в клетки осуществляют группами (клетками) из 5–6 пар черепицы (в зависимости от толщины). Черепица в каждой клетке ставится перпендикулярно к черепицам соседних клеток.

Подобная садка черепицы еще называется шахматной. Черепицу из термопластичной глины помещают в кассеты (ящики) из кирпича (рис. 19), которые воспринимают нагрузку от вышележащих рядов. Ширина ящика из кирпичей выбирается такой, чтобы ящик можно было бы перекрыть кирпичом плашмя (27 см между осями стенок). Внутрь ящиков ставят 6–7 штук черепиц.

Рис. 19. Садка черепицы в ящики (кассеты) из кирпича-сырца:

_{1 — поставленная парами черепица; 2 — поставленный на ребро кирпич-сырец; 3 — уложенный плашмя кирпич-сырец; 4 — продухи}

Садку черепицы в напольную печь со стенами начинают с укладки на пол печи 1-го ряда кирпича-сырца на ребро. Кирпичи сажают разреженными лентами поперек прогаров. Расстояние между тычками смежных кирпичей в каждой ленте 7-10 см. Соседние ленты сажают вплотную одна к одной. Зазоры в смежных лентах сдвигают по отношению друг к другу. Такая садка обеспечивает равномерный проход горячего воздуха по всему массиву печи.

2-й ряд кирпича укладывают на ребро в елку поперек кирпичей 1-го ряда так, что плоскость кирпича-сырца 2-го ряда составляет с плоскостью кирпичей 1-го ряда угол примерно в 80–75°. 3-й ряд сажают также елкой, перекрещивая его кирпичи по отношению к кирпичам 2-го ряда. 4-й ряд повторяет кладку 2-го ряда. Между смежными кирпичами оставляют зазоры в 20–25 мм.

5-й ряд служит уже непосредственно для садки черепицы (в шахматном порядке или в кассетах-ящиках). Черепицу сажают в печь 8-10 рядами по высоте.

Выше этих рядов черепицы дополнительно сажают 3–5 рядов кирпича для обеспечения равномерности распространения огня в печи.

Поверх верхнего ряда кирпича на ребро укладывают покрытие из кирпичей плашмя на глиняном растворе. В этом ряду кирпичей в шахматном порядке устраивают отверстия размером 12х12 см с расстоянием между ними 75–80 см. Сверху перекрытие засыпают слоем сухой земли.

Для наблюдения за ходом обжига в каждой стене оставляют по два отверстия (вверху и внизу) размером 7х7 см, их замазывают глиной и открывают при надобности.

До начала обжига у очелков заготавливают топливо на весь процесс обжига, а также кочерги, скребки, лопаты, топоры, фонари, песок, глину (как и при обжиге кирпича).

Розжиг огня осуществляют так же, как и при обжиге кирпича. Для улучшения тяги заделывают все отверстия в стенах, шиберах и т. д. По мере разогрева топки и высушивания сырца ускоряют загрузку топлива. В первый период (сушка) в печи поддерживают слабый огонь, подкидывая в печь сухие солому, хворост, мелко нарубленные дрова. Окончание сушки устанавливают с помощью металлического штыря, опускаемого в отверстие в печи. Если на погруженном на несколько секунд в печь штыре не оседает конденсат, досушку сырца следует считать законченной. Досушка продолжается примерно 1–1,5 суток.

После этого печь начинают энергично загружать дровами, быстро закрывая заслонки после заброски дров, чтобы не охлаждать печь подсасываемым холодным воздухом.

В процессе обжига мастер регулирует равномерность нагрева всех участков печи, контролируя ход процесса по выходу дыма и пламени через отверстия в перекрытии.

При температуре 800 °C черепица приобретает ярко-красный цвет. С этого момента подъем температуры проводят более осторожно, чтобы не оплавить своды очелков. При раскаливании сводов добела устраивают «вздышки», во время которых топливу дают прогореть, а его заброску возобновляют через 15–20 мин. При догорании топлива прикрывают поддувала, чтобы холодным наружным воздухом не охладить черепицу.

После достижения в печи расчетной температуры обжига (950—1000 °C) дверцы топок, зольников, отверстия каналов в перекрытии закладывают кирпичом и замазывают глиной. Предварительно в очелки доверху загружают топливо. В результате медленного сгорания топлива происходит «закалка» керамики.

Приблизительно температуру обжига определяют по цвету накала верхних кирпичей садки и по цвету накала подовых арок. При этом руководствуются следующей приближенной цветовой шкалой.

Дополнительным признаком окончания обжига служат вылетающие через отверстия в перекрытии очень мелкие искры синеватого цвета и осадка кирпича и черепицы в 30–40 см.

При разборке остывшей печи сортируют кирпич и черепицу.

Расход условного топлива для обжига 1000 штук черепицы в простейших напольных печах составляет 450 кг.

Плотность садки черепицы в напольную печь составляет 250–280 шт/м³, а кирпича — 300 шт/м³.

Глазурь представляет собой тонкий блестящий стекловидный слой, наносимый на верхнюю часть черепицы. Глазурь делают непрозрачной (эмалевидной) или прозрачной (цветной или бесцветной).

Покрытая глазурью черепица всегда имеет блестящий нарядный вид, так как с нее легко смываются дождями пыль и грязь. Глазурь повышает также водонепроницаемость и морозостойкость черепицы.

Глазурь наносят на высушенный сырец и обжигают или в один прием, то есть вместе с обжигом черепицы, или наносят на обожженный черепок и обжигают повторно. Состав глазури подбирают так, чтобы она не отставала от основы и чтобы в ней не образовывались трещины.

Примерный состав глазури: чистый кварцевый песок с малым содержанием окислов железа — 35 %; полевой шпат — 10 %; кристаллическая бура — 25 %; легкоплавкая глина — 20 %; мел — 5 %; минеральный краситель — 5 %.

В качестве минерального красителя используют стойкие к высоким температурам окислы металлов хрома и меди (придают зеленый цвет); кобальта (синий), марганца (коричневый); железа (желто-красный).

Ангобом называют тонкий слой глины, окрашенный устойчивыми к высоким температурам окислами (марганца, хрома, кобальта и др.). Ангоб непрозрачен, не имеет блеска, шероховат. Им покрывают высушенную поверхность черепицы и затем обжигают. Состав ангоба: пластичная глина — 75 %; полевой шпат — 10 %; мел — 7,5 %; бой стекла — 5 % и минеральный краситель — 2,5 %.

Иногда для повышения водонепроницаемости, морозостойкости и долговечности черепицу пропитывают горячим битумом. При пропитке плитку черепицы нагревают до температуры 50–60 °C и опускают в расплавленный битум. Крыша из такой черепицы имеет матово-черный цвет.

Битум разогревают в металлической таре на костре на улице (не ближе 20 м от построек). Емкость для битума загружают на 2/3 объема. При разогреве емкость закрывают металлической крышкой, причем не допускаются вспенивание расплава и вытекание пены в костер. После охлаждения битума до температуры 60–70 °C следует макать в него черепицу. На руках у работающих должны быть надеты брезентовые рукавицы, поверх которых напускаются рукава куртки. В свою очередь, напущенные на рукавицы рукава сверху перевязываются тесемками, что исключает возможность попадания в рукавицы горячего битума. Брюки при работе с битумом выпускаются поверх сапог и перевязываются внизу тесемкой.

Разогретую черепицу можно также покрасить лаком АЛ-77 с алюминиевой пудрой. В этом случае поверхность черепицы будет иметь матово-стальной цвет.

Для отработки технологии обжига и проверки правильности подбора состава глины необходимо сделать пробный обжиг кирпича (черепицы) в небольшой печи (рис. 20). Подобная печь возводится следующим образом.

На косогоре в сухих суглинистых грунтах отрывается яма глубиной 1–1,2 м. Размеры ямы в плане 1,4х1,7 м. Ниже по склону отрывается приямок, отделяемый от основной ямы ненарушенным грунтом — целиком шириной 0,5–0,6 м. На целике и на дне ямы (по трем другим сторонам) выкладывают стены толщиной в 1/2 кирпича Стены поднимают выше уровня грунта примерно на 1 м.

По горизонтальному основанию пола устанавливают 1-й ряд кирпича-сырца на ребро, длинной стороной вдоль длинной стороны печи. Ряды со 2-го по 6-й выкладывают так, как это показано на рис. 16, с устройством по центру очелка. В 5-м и 6-м рядах предусматривают прогары, расположенные поперек очелка. Прогары шириной 25–30 мм представляют собой зазоры между рядами кирпичей-сырцов, уложенных параллельно длинной стороне очелка. Выше прогаров укладывают лентами один ряд кирпичей на ребро с зазорами между тычками 10–12 см, как это изображено на рис. 17.

На этих кирпичах располагают три ряда черепицы, как это показано на рис. 18, с прокладкой между рядами черепицы по одному ряду кирпичей-сырцов. Верх печи заделывают двумя рядами кирпичей плашмя с последующей обмазкой глиной и засыпкой песком так, как это показано на рис. 15, и устраивают по три регулировочных отверстия вдоль каждой продольной стены.

В грунтовом целике напротив отверстий для очелка и для поддувала проделывают ходы для загрузки топлива и для регулирования процесса горения. В каждом ряду кирпичей и черепиц укладывают образцы, приготовленные из глин с разным содержанием песка и воды. На свежих образцах-сырцах выцарапываются номера рецептов.

Обжиг кирпича и черепицы в простейшей небольшой печи проводится так, как это описано ранее в разделе обжига кирпича дровами.

Сначала в топке разводят маленький огонь, с помощью которого досушивают сырец в течение 1–1,5 суток. Топят печь сухими дровами при прикрытых топочных отверстиях, чем до минимума уменьшают подсос холодного воздуха. По выходящему из регулировочных отверстий в покрытии влажному воздуху и пару судят о ходе сушки керамики. На вторые сутки усиливают подачу топлива, загружая поленья через каждые 15–20 минут. О ходе подъема температуры судят по цвету кирпичей в очелке. Равномерность хода обжига регулируют, закрывая или открывая кирпичом регулировочные отверстия в покрытии.

Рис. 20. Простейшая пробная печь для обжига кирпича и черепицы:

_{а — план печи; б — разрез с загруженными кирпичом и черепицей; в — разрез с загрузкой сырца до пода;}

_{1 — яма-печь; 2 — стенка-облицовка; 3 — разделительная стенка из грунта; 4 — яма для топки; 5 — откосы грунта; 6 — очелок; 7 — прогары; 8 — кирпич-сырец; 9 — обжигаемая черепица; 10 — поддувало; 11 — 2 ряда кирпича плашмя на глиняном растворе; 12 — регулировочные отверстия; 13 — слои глины и песка; 14 — профиль косогора; 15 — отверстие топки очелка; 16 — отверстие поддувала; 17 — колосник (из кирпича или чугуна); 18 — под печи}

Когда обжигаемая масса материалов осядет на 15–20 см (через 3 суток), в очелок загружают на всю его высоту и длину дрова. После этого закладывают кирпичом и замазывают глиной топочные отверстия внизу, а также регулировочные отверстия в покрытии и производят закалку керамики в печи. Затем в течение 2 суток производят медленное охлаждение печи при всех закрытых отверстиях. Когда масса обожженного материала охладится до 45–50 °C, снимают песчаную обсыпку и глиняную замазку с покрытия и вынимают прошедшие обжиг кирпичи и черепицу.

По окончании обжига можно решить, какой состав наиболее целесообразно использовать для формования кирпича и черепицы.

Самыми хорошими будут те керамические изделия, которые имеют наибольшую прочность, равномерно и густо спекшиеся, издающие металлический чистый звук при ударе.

Водопоглощение у кирпича должно быть не менее 8 %, а у черепицы — не более 6 %.

Процессы подготовки глины, формовки из нее сырца и последующего обжига кирпича и черепицы не представляют больших сложностей. Все они без труда могут быть освоены и реализованы любым физически здоровым человеком. Следует помнить, что сырец удобно заготавливать впрок. Заранее следует подготовить и топливо для обжига. Дождавшись сухой летней погоды, следует произвести обжиг кирпича Вначале придется сделать обжиг небольшой партии в печи ямного типа, освоить тонкости технологии, после чего можно с уверенностью переходить к обжигу основного объема кирпича и черепицы. Как можно убедиться, технология обжига кирпича и черепицы не является сложной технологией и доступна каждому.