Строим печи и камины

При выборе материала для постройки печи стоит обратить внимание на следующие их свойства:

1. Плотность.

2. Пористость.

3. Влагоотдача.

4. Водопоглощение.

5. Гигроскопичность.

6. Теплопроводность.

7. Огнестойкость.

8. Огнеупорность.

9. Прочность.

10. Упругость.

11. Твердость.

12. Хрупкость.

13. Пластичность.

14. Сопротивление удару.

15. Антикоррозионность.

16. Объемная масса.

Конечно, кроме этих свойств, многие материалы обладают рядом еще других, но эти являются основными, и ниже мы подробно рассмотрим каждое из них.

Плотность

Говоря о плотности материала, следует отметить главное — плотность может быть средней и истинной.

Средняя плотность — это отношение массы тела (кирпича, камня и т. д.) ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты. Средняя плотность выражается в кг/м2.

Истинная плотность — это предел отношения массы к объему без учета имеющихся пустот и пор.

Но не стоит сильно беспокоиться по поводу разницы между двумя этими величинами, т. к. у многих материалов — таких, как, например, сталь и гранит, они практически равны, а у кирпича различаются, но несильно (в этом случае средняя меньше истинной).

Пористость

Пористость материала показывает степень заполнения его общего объема порами или специальными пустотами. В качестве яркого примера можно привести кирпич с теплоизоляцией. В нем есть ячейки, которые остаются пустыми в процессе кладки. Как известно, воздух — очень хороший теплоизолятор, поэтому из такого кирпича удобно строить стены домов, но для строительства печей он, конечно, не годится. Пористость исчисляется в процентах.

В соответствии с величиной пор материалы делятся на мелкопористые (размеры пор исчисляются в сотых и тысячных долях миллиметра) и крупнопористые (размеры пор колеблются до 1–2 мм).

Пористость кирпича составляет в среднем 25–35 %, тогда как у стекла или металла она равна нулю.

Влагоотдача

Влагоотдача — это свойство материала терять находящуюся в его порах влагу. Данная характеристика определяется процентным количеством воды, которое материал теряет за сутки при температуре воздуха 20° С и относительной влажности воздуха 60 %.

В момент использования материала в постройке он может иметь повышенную влажность (если он, к примеру, хранился на сыром складе) и после высыхания изменит свои свойства — такие, как прочность или объем, что повлечет за собой появление дефектов в уже законченной и, казалось бы, идеально выполненной конструкции.

Водопоглощение

Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в своих порах влагу. Следует различать водопоглощение по объему и водопоглощение по массе.

По объему водопоглощение не может превысить 100 % (если быть точным, то и 100 %-ного водопоглощения не существует), зато по массе оно может значительно превышать 100 %-ную отметку, например у теплоизоляционных материалов — таких, как стекловата, поролон.

Следует также отметить, что насыщение теплоизоляционных материалов водой значительно снижает их теплоизоляционные свойства, т. к. вода — очень хороший проводник тепла.

Гигроскопичность

Гигроскопичность — это способность материала поглощать влагу из воздуха. К гигроскопичным материалам относятся прежде всего древесина, теплоизоляционные материалы, кирпичи полусухого прессования. Набирая влагу, материал меняет свои параметры: увеличивается его масса, теплопроводность, снижается прочность, изменяются размеры. Исходя из этого, следует учитывать влажность воздуха в помещении, где предполагается применение вышеупомянутых материалов.

Теплопроводность

Теплопроводность — это способность материала передавать тепло при наличии разности температур внутри и снаружи конструкции. Другими словами, эта характеристика определяет, насколько хорошо рабочая поверхность вашей печи будет отдавать тепло в окружающее пространство.

Степень теплопроводности материала зависит от ряда факторов — таких, как его природа, структура, пористость, влажность и, что самое главное, средняя температура, при которой происходит передача тепла. Последний из вышеназванных параметров определяет, до какой температуры нужно нагреть тот или иной материал, чтобы он начал полноценное излучение тепла.

Как правило, крупнопористые материалы более теплопроводны, чем материалы, имеющие мелкопористое строение. Большое значение также имеет степень замкнутости пор в материале. Материалы с замкнутыми порами обладают меньшей теплопроводностью, чем их аналоги с сообщающимися.

Огнестойкость

Огнестойкость — это свойство материала противостоять воздействию высоких температур. По этому признаку все материалы классифицируют следующим образом:

— несгораемые;

— трудносгораемые;

— сгораемые.

Несгораемые материалы (сталь, кирпич, бетон) под действием высоких температур не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются, однако могут сильно деформироваться.

Трудносгораемые материалы (фибролит, асфальтовый бетон) не воспламеняются, но могут тлеть и обугливаться. Однако после удаления источника огня процесс тления или обугливания незамедлительно прекращается.

Два этих типа материалов считаются пожаробезопасными.

Сгораемые материалы (дерево, рубероид, пластмасса) могут быть подвержены обугливанию и тлению, легко воспламеняются. Даже при дальнейшем отсутствии источника возгорания продолжают гореть самостоятельно. Некоторые из материалов такого типа имеют тенденцию к самовозгоранию.

Огнеупорность

Такое свойство материала, как огнеупорность, очень часто путают с огнестойкостью.

Огнеупорность — это свойство материала не деформироваться при длительном воздействии высоких температур. По степени огнеупорности материалы делятся на:

— огнеупорные;

— тугоплавкие;

— легкоплавкие.

Огнеупорные материалы выдерживают воздействие температур от 1580° С до примерно 3000° С. К ним относятся шамотный кирпич, динас, легированные сорта стали.

Тугоплавкие материалы выдерживают воздействие температур в рамках 1350–1580° С. Это такие материалы, как гжельский кирпич, сорта стали с невысоким содержанием углерода.

Легкоплавкие материалы деформируются уже при воздействии температуры 1350° С. К данному типу относятся керамический кирпич, некоторые используемые в строительстве металлы — такие, как алюминий, жесть.

Прочность

Прочность определяет способность материала противостоять воздействию внешних сил, т. е. деформации. Прочность материала характеризуется тремя видами воздействия:

— сжатие;

— растяжение;

— изгиб.

При каждом виде нагрузки на материал исследуется предел его прочности, т. е. последняя степень нагрузки, при которой материал деформируется или разрушается.

Упругость

Упругость — это свойство материала принимать свой первоначальный вид после деформации. Также существует предел упругости. Данная величина показывает максимальное напряжение, при котором материал еще обладает упругостью и принимает свою первоначальную форму после снятия нагрузки.

При даже незначительном превышении предела упругости материал окончательно деформируется, приводя в негодность всю конструкцию, что, в свою очередь, может создать аварийную ситуацию.

Твердость

Наверное, вы заметили, что вбить гвоздь в дубовую доску гораздо сложнее, чем, к примеру, в липовую или осиновую. Эта разница объясняется таким свойством материала, как твердость.

Твердость — это свойство материала оказывать сопротивление проникновению в его структуру инородного тела. Другими словами, чем плотнее структура материала, тем сложнее его обрабатывать и использовать. Но именно материалы с высокой степенью твердости особо ценятся в строительстве, ведь срок их службы гораздо дольше, чем у менее твердых аналогов.

Учитывать твердость материала очень важно при постройке полов и дорожных покрытий, т. к. именно на них приходится ежедневная, казалось бы незаметная, нагрузка.

Хрупкость

Такое свойство материала, как хрупкость, очень часто путают с твердостью. Хрупкость — это свойство материала мгновенно разрушаться без видимой пластичной деформации под воздействием внешних сил. К таким материалам относятся кирпич, бетон, природные камни, стекло.

Отличие хрупкости от твердости легко понять на простом примере. В качестве образца можно взять пластину мрамора толщиной несколько сантиметров. Данный материал имеет огромную твердость, вбить в него гвоздь будет крайне сложно. Однако в то же время разбить его на мелкие кусочки при наличии обычного молотка сможет даже ребенок, т. к. мрамор достаточно хрупок.

Пластичность

Пластичность — это свойство материала изменять свою форму, не давая трещин и сколов, и сохранять ее после удаления нагрузки.

Как вы, наверное, уже заметили, это свойство противоположно упругости. К пластичным материалам относятся глиняное тесто, битум, строительные смолы.

Сопротивление удару

Сопротивление удару — это свойство материала противостоять ударным нагрузкам, не разрушаясь при этом, или в случае деформации принимать прежнюю форму. В качестве яркого примера таких материалов можно привести резину. Хрупкие материалы практически не обладают сопротивлением ударным нагрузкам.

Антикоррозионность

Уже не раз вы видели рекламные ролики об антикоррозийной обработке. Действительно, в наши дни большинство людей знают о том, что такой обработкой можно защитить кузов своего автомобиля от преждевременного старения. Чаще всего это делается при помощи напыления специального состава, который защищает металлические части от ржавления, или, подругому, коррозии.

Способность материала отдельно или в соединении со связующими веществами защищать конструкцию от коррозии называется антикоррозионностью.

Но, конечно, такое свойство веществ применяется не только в машиностроении. Например, чтобы защитить от коррозии металлические футляры печей (а самая распространенная и дешевая нелегированная сталь очень быстро подвергается коррозии), их покрывают специальным печным лаком, который, в силу строения вещества, не ржавеет в принципе.

Объемная масса

Объемной массой называют отношение массы данного материала к занимаемому им объему в свободном естественном состоянии, т. е. с учетом разного рода пустот, пор и т. д.

Однако стоит учесть, что объемная масса — величина непостоянная. К примеру, у свежедобытого и слежавшегося песка одного типа она будет сильно отличаться, причиной тому — эффект уплотнения, когда песок слеживается и мельчайшие его частицы прилегают друг к другу плотнее, чем вначале.

Для того чтобы избежать путаницы, во всех справочниках приводят объемную массу материалов в воздушно-сухом состоянии (табл. 1) .

Таблица 1. Объемная масса строительных материалов

В зависимости от назначения при кладке печей применяются разные сорта кирпича. Но существуют сорта, абсолютно для этих целей непригодные: это, например, силикатный кирпич.

Процесс производства кирпича очень сложен, и каждый сорт изготавливается из различных материалов с применением специальных технологий. Ниже мы приведем общие сведения по этой теме.

Большее количество сортов кирпича, интересующих нас, изготавливают из легкоплавких глин с различными добавками или без них. Прежде всего кирпич делится на классы по размеру (мм):

— обычный (65 х 120 х 250);

— утолщенный (80 х 120 х 250);

— модульный (138 х 138 х 288).

Следующий этап классификации — это марка прочности (по возрастанию): 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300.

Сложнейший процесс в изготовлении кирпича — обжиг. Недожженный кирпич теряет прочность и обладает пониженной морозо— и водостойкостью. Пережженный — повышенной плотностью, теплопроводностью и зачастую получает искаженную форму, что делает его непригодным.

Теперь рассмотрим несколько терминов, применяемых в описании строительных процессов.

Верхняя и нижняя постели — две большие по площади грани кирпича, верхняя и нижняя соответственно. Ими чаще всего кирпич укладывается на раствор.

Ложки — длинные боковые стороны кирпича.

Тычки — короткие торцы кирпича (рис. 4.1) .

Рис. 4. Обычный керамический кирпич: 1 — стороны: а — постель; б — ложок; в — тычок;

Кладка выполняется горизонтальными рядами.

Красный кирпич первого сорта

Для печной кладки данный сорт кирпича можно считать идеальным. Он прекрасно обожжен, имеет ровный красный цвет и правильную форму и размеры 250 х 120 х 65 мм (рис. 4.2) . Этот кирпич не должен иметь ни малейших трещин и при легком ударе по нему молотком издавать чистый звук, похожий на звон металла. Из красного кирпича первого сорта выкладываются основные элементы печи — наружные стенки, система дымовых каналов, перекрытие, дымовая труба.

Кирпич второго сорта

Это недожженный кирпич. Данный образец имеет ало-розовый цвет и при постукивании по нему издает глухой звук. Обычно такой кирпич применяется для кладки вертикальных и горизонтальных разделок.

Кирпич третьего сорта

Это пережженный кирпич. Он имеет темно-коричневый цвет, очень грубую текстуру и зачастую неровные грани. Такой кирпич используется лишь для кладки фундамента.

Клиновый кирпич

Данный кирпич имеет размеры 230 х 120 х 65 х 55 мм. Его применяют для кладки печных сводов.

Старый кирпич

Как несложно догадаться по названию, это кирпич, который остался после разбора старого здания. Его следует тщательно очистить от сухого раствора, но при этом недопустимо вторичное использование кирпича, который укладывали на известковый раствор. Из такого кирпича можно выложить только основание под будущую печь.

Малый кирпич (межигорка)

Малым, или межигоркой, называют кирпич, оставшийся после разбора старой печи. Его отбирают, тщательно осматривая и отбраковывая пережженные, закопченные и треснувшие в процессе разбора кирпичи. Имейте в виду, что отложившаяся на гранях кирпича сажа может привести к появлению черных пятен на внешней поверхности печи или камина. Но малый кирпич с отложениями сажи используется для кладки свода, дымооборотов и футеровки печи. Из кирпича же, оставшегося в нормальном состоянии, можно выложить как основной массив, так и футеровку.

Бутовые камни (бут)

Бут получают из плотных осадочных пород — таких, как известняк, доломит, песчаник. Из бута можно выложить фундамент для печи (если печь находится на первом этаже), а также выполнить стяжку.

Издавна глина считается лучшим строительным материалом для кладки печей. Идеальный вариант связующего вещества — красная глина. Она служит основой раствора для кладки красного кирпича. Кроме нее, в раствор входят песок и вода в различных пропорциях в зависимости от ситуации и вида кладки.

Но у глины есть один существенный недостаток: при температурных воздействиях ниже 0° С она почти в полтора раза увеличивает свой объем. Думаем, вы можете себе представить, что в таком случае случится с кладкой — она просто развалится. Именно по этой причине строительный раствор на глине не используют при кладке оголовка печных труб, фундамента и вентиляционных каналов.

Теперь несколько слов о классификации видов глины. Конечно, этот природный строительный материал, как и, к примеру, песок, имеет несколько видов. Но, помимо разделения на виды, у глины есть набор основных свойств:

— жирность;

— пластичность;

— усушка;

— максимальная температура плавления или спекания.

Условно глина делится на жирную, полужирную (средней жирности), тощую (суглинки). Такое разделение обуславливается прежде всего процентным содержанием различных примесей, в основном песка.

Жирная глина

Такая глина имеет малое процентное содержание песка (всего около 2–3 %). Замес из нее получается мягкий, пластичный. С таким приятно и легко работать. Жирную глину сложнее всего добывать.

Полужирная глина

Эта глина шероховата на ощупь, имеет примерно 15–17 %-ное содержание примесей. Шарик, скатанный из полужирной глины, при падении на пол сплющивается, но остается целым. Добыть такую глину проще, чем жирную.

Тощая глина

Сильно шероховата на ощупь. Такая глина содержит не менее 30 % песка. Скатанный из нее шарик при падении на пол рассыпается. Тощих глин гораздо больше, чем жирных или полужирных, но, несмотря на относительную простоту их добычи, их ценность невелика.

Замоченная в воде глина увеличивается в объеме и образует пластичное тесто. Далее, после сушки, и, возможно, обжига, объем глины уменьшается на 8–12 %, а сама она растрескивается.

Глину применяют как для чисто глиняных растворов, так и для смешанных, например глиняно-цементных или глиняно-известковых.

В большинстве своем цементы различаются по составу, прочности, скорости затвердевания. Наиболее распространенные виды:

1. Портландцемент.

2. Шлакопортландцемент.

3. Глиноземистый цемент.

Портландцемент

Это гидравлическое вяжущее вещество, основа которого в большинстве случаев — известняк и глина. Составляющие подвергают специальной высокотемпературной обработке, продуктом которой является цементный клинкер. Его мельчат и добавляют в него различные примеси (от 3 до 5 %). Позже эти примеси будут регулировать срок схватывания готового раствора.

Раствор на основе портландцемента, замешанный на воде температурой 20–25° С, начинает схватываться не ранее чем через 40–45 минут и окончательно высыхает только через 10–12 часов.

Если использовать при замесе воду температурой более 40° С, то процесс схватывания может начаться слишком рано, что повлечет за собой неудобство в работе (к примеру, если еще не использованная половина раствора схватится прямо в мешалке).

Прочность портландцемента характеризуется марками (по возрастанию прочности): 400, 500, 550, 600.

Быстротвердеющий портландцемент

В этот вид портландцемента вносят минеральные добавки, которые обеспечивают раствору короткие сроки схватывания и повышенную прочность. Раствор на основе быстротвердеющего портландцемента достигает половины запланированной прочности уже через трое суток твердения.

Этот цемент выпускается под марками 400 и 500.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент

Имеет специальные добавки, позволяющие раствору приобретать высокие показатели прочности в очень короткие сроки. Особый состав такого цемента позволяет использовать его даже при низких температурах.

Особобыстротвердеющий высокопрочный портландцемент применяется при зимних бетонных работах, в производстве сборных железобетонных конструкций. Выпускается под маркой 600.

Шлакопортландцемент

В состав этого цемента входят доменный шлак и природный гипс. Шлакопортландцемент выпускается под марками 300, 400, 500.

Быстротвердеющий шлакопортландцемент

Этот цемент отличается повышенной прочностью уже через трое суток затвердения. Выпускается под маркой 400.

Глиноземистый цемент

При изготовлении такого цемента используют высокотемпературные соединения сырья известняка и пород, богатых черноземом. Окончательную прочность раствор на основе этого цемента набирает через трое суток.

Глиноземистый цемент выпускается под марками 400, 500, 600.

Белый портландцемент

Есть два вида этого цемента:

1. Белый портландцемент.

2. Белый портландцемент с минеральными добавками.

По степени белизны цементы делятся на три сорта (по убыванию) — 1, 2, 3.

Схватывается белый портландцемент не ранее чем через 45 минут, а окончательно раствор, замешанный на его основе, высыхает максимум через 12–14 часов.

Растворы на основе извести применяют при кладке таких элементов, как фундамент, коренные трубы, а также оголовки труб, которые расположены выше уровня крыши. В отличие от глиняных растворов известковые не боятся низких температур и сохраняют все свои качества при перепадах влажности.

Процесс подготовки извести не очень сложен. Комовую негашеную известь гасят обычной водой. Для этого ее насыпают слоем 10 см в деревянный ящик или поддон и заливают небольшим количеством воды, постоянно помешивая деревянной лопаточкой. Так как известь выделяет тепло, смесь начинает кипеть, увеличиваясь при этом в объеме.

Полный процесс подготовки негашеной извести к добавлению в раствор занимает около трех недель. После первого гашения известь нужно выдержать, постоянно увлажняя.

Известь, подвергнутую гашению, называют комовой , или кипелкой. Различается такая известь по времени гашения:

— быстрогасящаяся — до 8 минут;

— среднегасящаяся — до 25 минут;

— медленногасящаяся — от 25 и более минут.

Конечный результат зависит прежде всего от количества воды, затраченного на гашение. Здесь разделяют три типа:

— порошковая гидратная известь (пушонка);

— известковое тесто;

— известковое молоко.

Пушонка

При 60–70 %-ном содержании в растворе воды получается порошковая гидратная известь, или пушонка. В процессе гашения ее объем увеличивается в среднем в 2–3 раза. Известь-пушонка представляет собой белый порошок, состоящий из мельчайших частиц гидрата оксида кальция, с плотностью 400–700 кг/м3.

Известковое тесто

Если при гашении воды в 3–4 раза больше, чем извести, то получается известковое тесто. Его объем увеличивается и превышает начальный в 2–3 раза. Конечный продукт такого гашения представляет собой пластическую массу белого цвета, плотностью до 1400 кг/м3.

Если при гашении известь увеличилась в объеме не менее чем в 3 раза, ее называют жирной. Известь, возросшая в объеме менее чем в 2,5 раза, именуется тощей.

Данный раздел посвящен материалам, которые невозможно изготовить в домашних условиях. Конечно, можно обойтись без многих из них, но, учитывая их невысокую стоимость и простоту в использовании, приобретение подсобных материалов, безусловно, выгодно.

Асбест

Это огнеустойчивый материал. Способен выдерживать высокотемпературное воздействие до 500° С длительное время, не теряя при этом основных свойств (масса, объем, прочность, форма).

Выпускается в виде листов, ткани, шнура. В печных работах асбест используется для устройства противопожарных разделок, несгораемых перекрытий, изоляции сгораемых материалов, а также применяется в качестве прокладки между рамками печных приборов и кладкой.

Асбестоцементные трубы

Используются при сооружении дымовых труб, дымооборотов и внутренних каналов. Несомненное преимущество асбестоцементных труб состоит в том, что они прочны, легки, выдерживают перепады температур, не подвержены коррозии, не требуют окраски, лишены швов.

Однако у этого расходного материала есть существенный недостаток: такие трубы обладают высокой теплопроводностью и поэтому нуждаются в утеплении. Обычно их обкладывают кирпичом или оштукатуривают. Другой недостаток асбестоцементных труб — низкая ударопрочность.

Асбестоцементные трубы выпускаются диаметром 125–300 мм, длиной до 4, с толщиной стенок 12–20 мм. Для соединения их между собой используются асбестовые муфты.

Керамические трубы

Эти трубы применяются при сооружении дымовых труб и воздушных каналов. Их изготавливают из лучших сортов глины, глазируя внутренние поверхности. Однако стоит учесть, что у керамических труб, как и у асбестоцементных, очень высокая теплопроводность, поэтому, если не принять соответствующих мер, потери тепла будут достаточно велики. Керамические трубы выпускаются длиной от 350 до 700 мм, их диаметр колеблется в пределах 170–220 мм. На концах они имеют раструбы для соединения друг с другом.

Строительный войлок

Используется в качестве изолирующего материала между нагреваемыми частями печи и прилегающими к ним сгораемыми элементами, также применяется для теплоизоляции. Строительный войлок не горит, а медленно тлеет, распространяя специфический запах. Перед применением войлок следует обработать глиняным раствором для предохранения его от возгорания и появления личинок моли. Иногда войлок целесообразнее заменить листовым асбестом.

Толь и рубероид

Эти материалы изготовлены из искусственных смол и абсолютно не пропускают воздух и влагу. Используются для настила под фундамент печи, предохраняя последний от почвенных вод. В качестве сцепляемого материала можно использовать различные мастики: дегтевую для толя и битумную для рубероида.

Стальная проволока

Как несложно догадаться по названию материала, проволока изготавливается в заводских условиях, на специальных станках, из различных сортов стали (обычно с невысоким процентным содержанием углерода).

Необходима для перевязки и крепления печных приборов. Для придания прочности и одновременно мягкости ее необходимо обжечь.

Не допускается применять проволоку для закрепления дверок топки, для этого существуют специальные стальные полосы, называемые кляммерами, изготовленные вместе с дверными рамками.

Печные изразцы

Эти изделия служат для декоративной обработки видимых поверхностей печи. Изразцы представляют собой керамические плитки различной формы, размеров и с рисунками. Они бывают обычными — терракотовыми — или покрытыми глазурью.

Изразцы делятся на несколько видов:

— стенные (они же прямые);

— фасонные;

— угловые.

Стенными облицовывают ровные гладкие поверхности, фасонные служат для покрытия выступающих частей печи, угловые, в соответствии с названием, размещаются на углах конструкции (рис. 5) .

Рис. 5. Изразцы: а — угловые; б — прямые

Изразец состоит из лицевой части и румпы. На лицевую часть нанесен термостойкий рисунок или часть мозаики, часто рисунок сверху покрыт глазурью. Румпа — это глиняная коробка на задней части изразца, с помощью которой он крепится к стенке печи на металлическом штыре и проволоке.