Введение к работе
Актуальность работы. Стеновая керамика на протяжении многих столетий является основой стройиндустрии. Многие архитектурные шедевры, которые сохранили свою целостность, неповторимость и исключительность до настоящего времени, построены из керамического кирпича. Кирпич, благодаря комплексу своих характеристик, одновременно выступает и как стеновой материал и как облицовочный, сохраняя свои технические свойства и декоративность на протяжении веков. Кирпич - это модуль, комбинаторный и дизайнерский элемент с многообразием цветов и оттенков, структурных рисунков поверхности, способный при различных комбинациях и видах кладки создавать индивидуальный и неповторимый дизайн зданий.
Однако в силу определённых исторических причин, стеновая керамика в нашей стране в период с 50-х годов XX столетия и на протяжении полувека не получала развития. В данный период обозначилось технологическое отставание от западных стран, ухудшилось качество изделий, наметился дефицит традиционного глинистого сырья, особенно светложгущегося, многократно сократился ассортимент выпускаемой продукции, и самое главное, были утеряны и забыты дизайнерские, эстетические и художественные наработки прошлого по различным видам фигурного облицовочного кирпича, стилям и вариантам кирпичных кладок, художественного оформления фасадов. Кирпич использовался просто как стеновой материал.
В XXI веке в связи со значительным ростом гражданского строительства, стремлением застройщиков к индивидуальности, архитектурной выразительности, эстетическому многообразию актуальными задачами развития лицевой стеновой керамики являются: поиск новых технологических и дизайнерских решений, сырьевых источников, разработка новых видов форм фигурного кирпича, современных эстетических вариантов экстерьеров, интерьеров, ландшафтных решений. Новый ГОСТ 530-2012 приводит следующие термины с соответствующими определениями: фасонный кирпич, доборный элемент, кирпич лицевой. При этом необходимым условием является снижение производственных затрат при выпуске изделий и их соответствие современным требованиям по теплотехническим, прочностным характеристикам, долговечности, дизайну. Решение этих важных многогранных научно-практических задач позволит соз-
дать новые направления в технологии и дизайне стеновых керамических изделий, эстетическом оформлении зданий, использовании нетрадиционного сырья.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с планом НИР РГСУ по теме «Разработка теоретических и практических основ получения стеновой керамики на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород», в соответствии с программой «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограмма «Архитектура и строительство», в рамках инициативных НИР и хозяйственных договоров с предприятиями стройиндустрии и проектными организациями.
Цель работы. Разработка и совершенствование дизайна и технологии изделий стеновой керамики компрессионного формования на основе кремнистых опоковидных пород и реализация результатов исследований на практике.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
проанализировать особенности технологии, состояние сырьевой базы стеновой керамики и определить наиболее оптимальные решения для производства лицевого фигурного кирпича;
выявить технологические особенности, распространение, запасы опоковидного сырья, наиболее пригодного для лицевого кирпича, и разработать оптимальную технологию для производства фигурного кирпича;
провести анализ развития дизайна архитектурно-строительной керамики в историческом аспекте;
определить закономерности формообразования и цветовых решений в дизайне изделий стеновой керамики и выявить взаимосвязь различных эстетических свойств изделий;
разработать классификацию и дизайн изделий стеновой керамики компрессионного формования с учётом возможных архитектурно-комбинаторных решений для разрабатываемых изделий;
определить закономерности формирования структуры и минералогический состава керамического черепка на основе опоковидного сырья, а также свойства полученных изделий;
подтвердить результаты научной работы на практике: получить разработанные изделия сложной формы с улучшенными физико-техническими ха-
рактеристиками в условиях действующего производства, оценить технико-экономическую целесообразность и эффективность предлагаемых решений. Научная новизна работы.
-
Разработаны основные положения технологии получения изделий стеновой керамики сложной формы на основе кремнистых опал-кристобалитовых опоковидных пород, отличающихся улучшенными физико-техническими свойствами с применением ресурсо- и энергосберегающих технологий.
-
Разработана укрупненная классификация изделий стеновой керамики сложной формы с учётом особенностей дизайна и назначения, включающая 5 групп изделий.
-
Определены технологические особенности производства изделий стеновой керамики из опоковидного сырья способом компрессионного формования в сочетании с полусухим способом подготовки пресс-порошка и формованием изделий при повышенной влажности пресс-порошка. Установлено, что для получения качественных изделий с требуемыми физико-техническими показателями измельчение сырья должно осуществляться до фракций от 0-0,25 до 0-2,0 мм. С увеличением степени измельчения возрастает прочность и плотность изделий.
-
Предложен новый дизайн и сложные формы изделий стеновой керамики компрессионного формования для различных архитектурных элементов и комбинаторных решений.
-
Выявлены закономерности формообразования и цветовых решений в дизайне изделий стеновой керамики, основанные на выделенных нами основополагающих факторах.
-
Установлены закономерности формирования фазового состава и структуры обожжённых изделий на основе опоковидного сырья различных литоло-гических разновидностей. Определено, что с повышением температуры обжига наблюдается рост структурного совершенства кристобалита. В карбонатных разновидностях в процессе обжига за счёт опала, кальцита и глинистых минералов происходит образование волластонита, анортита, геленита и других кальциевых алюмосиликатов. Структура черепка на основе опоковидного сырья микропористая полу- криптокристаллическая.
Достоверность полученных результатов. Достоверность полученных результатов и выводов обеспечена обоснованным комплексом стандартных ме-
тодик с использованием сертифицированного и поверенного оборудования, применением математических методов планирования экспериментов, опытно-промышленными испытаниями и результатами практического внедрения. Практическая значимость работы.
-
Разработаны технологические схемы производства керамического кирпича сложной формы на основе опоковидного сырья, подтверждённые патентами на полезные модели, которые могут быть укомплектованы оборудованием, производимым в России. Себестоимость таких изделий на основе опок на 30-60 % меньше в сравнении с кирпичом на основе традиционного глинистого сырья, производимого по технологии пластического формования. Изделия об-ладают низкой плотностью (от 1200 до 1600 кг/м ) и теплопроводностью (0,35-0,50 Вт/м С), необходимой для лицевых изделий морозостойкостью.
-
Разработан и предложен дизайн необходимого минимума изделий, который позволяет предложить максимум вариантов архитектурных и проектных решений для различных видов строительства. Представлена методика выполнения и варианты дизайн-проектов фасадов на основе различных форм разработанных изделий и их цветовых характеристик.
-
Реализация полученных разработок позволит значительно улучшить и разнообразить внешний облик наших городов и сёл, придаст теплоту, колорит и комфорт современным зданиям, позволит реализовать дизайнерам и архитекторам самые смелые решения, возродить богатый и уникальный опыт красивого и надёжного кирпичного строительства в нашей стране.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении курсов лекций и проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам «Строительные материалы», «Материаловедение», «Технология керамики», «Художественное материаловедение», «Специальные технологии ТХОМ», «Проектирование предприятий», «Дизайн», «Композиция». Также материалы диссертации используются при выполнении курсовых и дипломных работ.
Реализация результатов работы. В настоящее время по нашим разработкам спроектирован и построен кирпичный завод в г. Новочеркасске (ООО «Тандем-ВП»), использующий в качестве сырья карбонатные опоки и выпускающий лицевой кирпич, в том числе и сложной формы. Проводятся предпро-ектные работы по строительству завода в г. Миллерово. Проводится реконст-
рукция нескольких кирпичных заводов для возможности выпуска кирпича сложной формы и использования опоковидного сырья в качестве компонента шихты. Проведены опытно-промышленные испытания, подтверждающие полученные теоретические и практические результаты.
Инновационный проект «Керамический кирпич пониженной плотности на основе кремнистых опал-кристобалитовых опоковидных пород» удостоен Золотой медали VIII Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2008 г.). Разработка «Технология производства эффективных стеновых изделий на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород» являлась лауреатом конкурса инноваций в рамках Международного форума «EXPOPRIORITY-2011». Проект «Керамический кирпич на основе кремнистых пород» удостоен диплома IX Международного экономического форума «Предпринимательство Юга России: Инновации и развитие».
На защиту выносятся:
установленные технологические особенности при производстве изделий стеновой керамики сложной формы на основе опоковидных пород способом компрессионного формования;
установленные закономерности спекания опоковидных пород, формирования структуры и свойств черепка;
разработанные технологические схемы производства керамического кирпича сложной формы с улучшенными эксплуатационными свойствами, подтверждённые патентами и результатами внедрения;
установленные закономерности формообразования стеновых изделий сложной формы с учётом предложенной технологии компрессионного формования изделий, основ архитектурного дизайна и современных тенденций в строительстве;
принципы композиционных решений для фасадов зданий, интерьеров, городской среды с учётом дизайна разработанных изделий;
предложенная укрупненная классификация изделий стеновой керамики сложной формы с учётом особенностей дизайна и назначения;
научные представления о закономерностях дизайна кирпичных зданий в современных условиях, заключающиеся в комплексном подходе в системе: дизайн - технология - проектирование;
- разработанный алгоритм получения изделий с заданными свойствами, основанный на различных взаимосвязанных факторах: вещественным составом исходного сырья, степенью его измельчения, степенью уплотнения сырца в пересчете на твёрдую фазу и температурой обжига.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: МНПК «Строительство», (Ростов н/Д, 2005-2012 гг.); НІЖ по направлению «Технология художественной обработки материалов», (Златоуст, 2004 г., Москва 2006 г., 2012 г., Ростов н/Д, 2009 г, Архангельск, 2011 г.); XIII Международном семинаре Азиатско-Тихоокеанской академии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века», (Новосибирск, 2006 г.); 64-й научно-технической конференции «Современные строительные материалы и технологии их производства», (Новосибирск, 2007 г.); V Международной конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов», (Волгоград, 2009 г.); XV, XVI и XVII МНПК «Современные техника и технологии», (Томск, 2009, 2010, 2011, 2012 гг.); МНТК «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития», (Минск, 2009 г.); III Всероссийской научно-технической конференции, посвященной 80-летию НГАСУ, (Новосибирск, 2010 г.) и др.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 48 работ, в том числе в журналах рекомендуемых ВАК «Строительные материалы», «Известия вузов. Строительство», «Дизайн. Материалы. Технология», «Вестник МГСУ», «Инженерный Вестник Дона», «Науковедение». Получено 10 патентов на изобретения и полезные модели.
Личный вклад автора. Представленные в диссертации теоретические и практические результаты получены лично автором, при непосредственном участии в научных экспериментах и апробации результатов исследований. Автору во всех работах, опубликованных в соавторстве, принадлежат сформулированные теоретические положения результаты экспериментальных исследований, а также разработки, подтверждающие практическую значимость.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка использованной литературы, включающего 227 источников, и приложений. Работа изложена на 206 страницах, содержит 13 таблиц и 145 рисунков.
