Какое сырье нужно для лего кирпича

Обновлено: 11.05.2024

С появлением различных блоков кирпич хоть и потеснился с позиции лидера, но так и остался одним из самых востребованных материалов для кладки несущих конструкций или в качестве облицовочного экрана. При массе достоинств этот материал требователен к мастерству исполнителя, особенно, когда речь о фасаде. Сравнительно недавно рынок стройматериалов пополнился кирпичом-лего, который укладывать гораздо проще классического в силу характерной формы, и давшей ему название. Как оказалось, среди участников FORUMHOUSE есть и производители этого материала, и реальные пользователи. Они готовы поделиться опытом как с теми, кто задумывается об изготовлении самоделок, поддавшись на яркие рекламные лозунги, так и с теми, кого привлекает простота кладки.

История кирпичного конструктора

В дословном переводе с английского кирпич-лего (interlocking brick) обозначает блокируемый кирпич, или кирпич с замком, имеющий с одной стороны выступы (шипы), а с другой - пазы, которые в процессе кладки надежно соединяются между собой, без толстого растворного шва.

«Отцом» лего можно считать датчанина, Оле Кирка Кристиансена, в начале прошлого столетия придумавшего кирпич с шипами для фиксации, чтобы максимально упростить и ускорить кладку.

Местные архитекторы и инженеры по достоинству оценили новшество, и в конце сороковых лего был официально использован при возведении общественного здания, где по документам провели новый способ «автоматической кладки». Однако запатентовать изобретение сразу датчане то ли не догадались, то ли не посчитали нужным, а когда замковый кирпич стал популярен и в других странах, кинулись, но было поздно. После нескольких десятилетий разбирательств в 2010 году «родителям» кирпича из Дании было официально отказано в праве считаться таковыми. Поэтому в СМИ периодически мелькают сведения то о студентах из Америки, то о группе энтузиастов из Бразилии, но их заслуга, скорее, в усовершенствовании придуманной Кристиансеном системы фиксации.

Конструктивные особенности, способ производства, характеристики

Форма лего стандартная, прямоугольная, выступы и пазы сформированы двумя круглыми пустотами, высота выступа составляет 5 мм, как и глубина паза, а диаметр равен 65 мм. По размерам лего приближен к обычному одинарному кирпичу, у него стандартная длина – 250 мм, чуть большая ширина – 125 мм, а высота варьируется в пределах 65-70 мм, в зависимости от производителя. Масса одного кирпича колеблется в пределах 3 кг, что объясняется различной сырьевой базой.

Пазовая система соединения обеспечивает основную фиксацию элементов в кладке, поэтому нет необходимости в толстом шве, кирпич кладут либо на тонкий слой клеевой смеси, выдавливаемой из приспособления типа кондитерского шприца, либо на специальную монтажную пену. И в том, и в другом случае отсутствует характерная для кирпичной кладки расшивка. Работать с лего проще, благодаря пазам кладка получается ровная, не нужны большие объемы раствора. Чтобы подстраховаться, некоторые выпиливают в угловых кирпичах пазы под арматуру.

Отечественный замковый кирпич – это, в основном, разновидность гладкого полнотелого гиперпрессованного кирпича, производимого посредством прессования под высоким давлением без последующего обжига. В отличие от керамики, у которой в основе особые сорта глины, и силиката, состоящего преимущественно из песка и извести, гиперпресс производится преимущественно из отходов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Это может быть измельченный известняк-ракушечник, доломит, мраморный или щебневый отсев, доменные шлаки. Кроме того, используется кирпичный бой, отходы от распила натурального облицовочного камня, каменного угля. Минеральное сырье очищается и измельчается до фракции 3-5 мм, его доля в кирпиче составляет 85-92 %. В качестве связующего используется цемент М 500 (от 8 до 15 %), а также красители и модифицирующие добавки, улучшающие характеристики готового продукта.

Если прочность и долговечность керамики обеспечивается обжигом, а силиката – давлением и обработкой горячим паром, то гиперпресс «сваривается» в прочнейшую однородную массу благодаря сверхвысокому давлению – 300 кг/см².

Такое воздействие приводит к сцеплению веществ на молекулярном уровне, в результате чего получается очень плотный, прочный и морозостойкий кирпич с правильной геометрией граней.

Применение, особенности кладки

Характеристики гиперпресованного кирпича делают его универсальным, он может использоваться для кладки несущих и ограждающих конструкций, заборов, объектов ландшафтного дизайна. Тем не менее, высокая плотность, обеспечивающая повышенную морозостойкость и стойкость к внешним воздействиям, что хорошо, дает и высокую теплопроводность – до 1,1 Вт/(м*С⁰). Однородная стена из такого кирпича холодная и нуждается в дополнительном утеплении, поэтому гиперпресс, в основном, используют в качестве облицовки.

Лего, теоритически, тоже подходит для несущих стен, так как в пустоты вставляют арматуру для связки и заполняют их ЦПС или ее производными, получается что-то вроде монолита с двухсторонней кирпичной облицовкой. Но так как материал относительно «молодой», и как он поведет себя под большой нагрузкой через несколько десятилетий, точно не знает никто, им предпочитают облицовывать фасады или использовать для кладки заборов, входных групп, беседочных комплексов, летних кухонь или гаражей.

В качестве фасадного материала он оптимален ввиду высокой декоративности (четкая геометрия, большая цветовая гамма) и минимальной проницаемости – стены не так загрязняются из-за осадков, на нем не образуются высолы. Мало того, если не заполнять пустоты, облицовка еще и тепло будет лучше держать за счет воздушных прослоек по всему периметру. Как вариант – в пустоты можно засыпать утеплитель, например, перлит или его аналоги. Основное же достоинство лего – это возможность получить ровную, красивую кладку, даже если нет опыта каменщика, что для фасада особенно актуально, так как услуги профессионалов с каждым годом кусаются все сильнее. Это и привлекло одного из умельцев нашего портала, выбравшего замковый кирпич для строительства гаража, в процессе кладки он использовал арматуру и засыпной утеплитель.

Люди сведущие знают, как ценятся хорошие каменщики, при укладке лего в квалификации нужды нет, максимум – руки из нужного места для выведения первого ряда, дальше на автомате. Поднял коробку 6×3×2,4 м меньше, чем за неделю, работать одно удовольствие, финиш по кладке не нужен, все выглядит естественно и презентабельно. Гараж эксплуатировался зиму, теплый, не продувается, период перехода с сезона на сезон также был выдержан на 100%, выделения каких-либо молокоподобных жидкостей не наблюдалось. В планах постройка гостевого дома в два этажа на будущий год.

Снимков именно его гаража нет, но есть фото другого, еще одного умельца с форума с ником Спбмастер , он использовал лего как облицовку для своего гаража.

Подводные камни, или наша действительность

Огромное значение имеет производитель лего – должную подготовку сырья, а также обработку озвученным давлением способны обеспечить далеко не все кустарные компании.

Крупных же заводов, с линиями для производства не просто гиперпресса, а его замковой разновидности, в нашей стране практически нет. Основная проблема частников – выдержать давление. Станки, во множестве появившиеся в свободной продаже, в большинстве своем на него не рассчитаны. При меньшем давлении получается менее плотный, с пористой структурой кирпич, с меньшей прочностью. Введение большего количества связующего, для компенсации меньшего давления, проблему частично решает, но и на себестоимости сказывается. Об этом не понаслышке знает еще один наш участник, занимающийся как раз производством лего.

Производим кирпич с января 2015 на отечественном оборудовании, есть сертификат на продукцию на прочность М 150, морозостойкость F 50. Теоритически, работать можно, но существуют свои сложности.

Сложности, по словам умельца, условно делятся на три категории.

Давления, которое выдает станок, недостаточно – при тридцати пяти тоннах кирпич получается пористый (относительно), съемная (изначальная) прочность мала, кирпич легко повреждается при укладке на поддон, в дальнейшем возможны отколы уже в строении, под нагрузкой. Недостаток давления станка приходится компенсировать увеличением % цемента в два раза.
Оборудование постоянно выходит из строя, «уплывают» регулировки кирпича по высоте. На производстве должен находиться «аварийный чемоданчик» – сварочный аппарат, болгарка, набор инструмента, токарный участок, а еще лучше – машиностроительный завод под боком.
Оборудование - не автоматика, а с ручным управлением, следовательно, важен человеческий фактор – работники должны быть ответственными, добросовестными, с головой и руками, а такой коллектив непросто подобрать. Реальная производительность при участии двух человек всего до 600 кирпичей в восьмичасовую смену, если три человека – до 1000 штук, что значительно меньше, чем заявлено у станкостроителей. Следствием является увеличение зарплатного фонда, повышение затрат на аренду помещений, отопление и прочих расходников.

Но так как производство замкового кирпича все же перспективно, в связи с ростом спроса на качественный материал, который может положить даже новичок, Игорь_43 не отступил, а решил избавиться от всех проблем сразу, посредством замены пресса на автоматический, собственной разработки.

Но есть и другое мнение – даже на прессе с меньшим давлением реально получить качественный кирпич. Так считает shell68 , тоже занимающийся изготовлением лего.

Меньшее давление компенсирую удвоенной дозой цемента, необходимую прочность цемент добирает после пропарки, а более пористая структура нивелируется гидрофобизатором. Что касается хрупкости, при кладке на ровное основание не возникает проблем с образованием трещин и сколами. Также, чтобы не приходилось увеличивать давление, необходима более тщательная подготовка сырья – разделение грансостава до прессования на крупную, мелкую и пылевую фракцию и подбор оптимального соотношения.

На фото – банные стенки, сложенные из его замкового кирпича.

Использовать ли лего в качестве облицовки или с другими целями - личное дело каждого, но в любом случае, это интересный кладочный материал, снимающий проблему выведения ровных стен непрофессионалами.

Подробности о кирпиче-лего и особенностях его производства – в теме на форуме . Как с минимальными затратами придать презентабельный внешний вид газобетону – в статье об экономичной отделке . В материале о бетонной плитке – еще одно популярное фасадное решение. В видео – мастер-класс по облицовке фасада плиткой.

Обсудить статью и прочитать другие материалы посвященные загородной жизни вы можете на портале FORUMHOUSE.

Подписывайтесь на канал и ставьте "лайк" чтобы не пропустить следующую публикацию!

Как известно, история цивилизации началась с каменного века. Природный камень – первое добытое человеком полезное ископаемое, а природные каменные материалы, получаемые из горных пород, являются древнейшими строительными материалами. Не потеряли свою актуальность и востребованность природные каменные материалы и в настоящее время. Горные породы сегодня используют как сырье для гиперпрессованного лего кирпича, бетонов, керамических и теплоизоляционных материалов, вяжущих веществ (цемент, гипс, известь, жидкое стекло). К горным породам относят значительные по объёму природные образования более или менее постоянного состава и состоящие из отдельных минералов (одного и более).

Минералы – это вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов или жизнедеятельности растительных и животных организмов, образующееся в земной коре естественным путём. Они имеют однородный химический состав, строение и свойства, т. е. минерал это физически и химически индивидуальное вещество. Если минерал химическое соединение элементов, то горная порода – механическое соединение минералов, т. е. это те камни, из которых строится «здание горных пород». Считается, что термин «горная порода» впервые употребил русский минеролог и химик В.С. Севергин.

В соответствии с ГОСТ 30629-2011 горная порода - это поли- или мономинеральный агрегат, образующий самостоятельное тело в земной коре, т. е. горные породы являются смесью минералов, которые благодаря времени, различным природным катаклизмам (воздействию температуры, давлению) перемешались, затвердели и обрели новые свойства. Согласно международному классификатору природных камней, сегодня в распоряжении архитекторов и строителей имеется более 1 тыс. таких пород, которые они могут использовать при проектировании и строительстве зданий и сооружений. Выбирая станки для лего кирпича будьте уверены, почти все эти материалы, за редким исключением, могут использоваться для производства по технологии гиперпрессования.

Исследования сырья для производства лего кирпича

Для подбора оптимального состава сырья для лего кирпича, исследования проводились на отсевах дробления карбонатных пород (ОДКП) Коркатовского карьера республики Марий Эл (РМЭ), с использованием портландцемента из клинкера ЗАО «Ульяновскцемент» и природного кварцевого песка Студенковского карьера.

Портландцементный клинкер по минералогическому составу относится к среднеалюминатному. Силикатный модуль клинкера составляет 2,1. Глиноземистый модуль – 1,4. Коэффициент насыщения – 0,91. Минералогический и химический состав рассматриваемого клинкера представлены на рис 1.

Рис. 1 Минералогический и химический состав портландцементного клинкера

Цемент с удельной поверхностью 300 м2/кг приготавливался методом совместного помола клинкера и 4,5 % от массы цемента двуводного сульфата кальция.

Для изготовления гиперпрессованного лего кирпича использовался материал отсевов карбонатных пород, а в качестве мелкого заполнителя применялось сырье:

природный кварцевый песок Студенковского карьера РМЭ;
отсевы дробления карбонатных пород Коркатовского карьера Республики Марий Эл.

Гранулометрический состав природного кварцевого песка представлен на рис. 2.

Рис. 2. Гранулометрический состав кварцевого песка Студенковского карьера Республики Марий Эл.

Основные технические характеристики кварцевого песка Студенковского карьера РМЭ представлены ниже:

Модуль крупности 2,08 ед.;
Содержание пылевидных и глинистых частиц 9,90% по массе;
Истинная плотность 2,63 г/см3;
Насыпная плотность 1580 кг/м3;
Пустотность 39,8%.

Зерновой состав материала дробления карбонатных пород Коркатовского карьера Республики Марий Эл приведен в таблице на рисунке 3.

Рис. 3. Зерновой состав материала дробления карбонатных пород Коркатовского карьера

Минеральный и количественный химический составы рассматриваемого сырья представлены на рис. 4 и 5 соответственно.

Рис. 4. Минеральный состав отсевов карбонатных пород Коркатовского карьера РМЭ

Рис. 5. Количественный химический состав карбонатных пород Коркатовского карьера РМЭ

Проведены радиологические исследования материала для производства лего кирпича, при помощи специализированного оборудования – УСК "Гамма-Плюс" (зав. No 9817-Ар-Б-Г). Результаты проведенного анализа представлены на рис. 6.

Рис. 6. Определение условной эффективной активности естественных радионуклидов в сырье для лего кирпича

По результатам проведенных исследований можно заключить, что отсевы дробления карбонатных пород, используемые в качестве одного из основных типов сырья при производстве лего кирпича, по содержанию природных радионуклидов согласно п. 5.3.4 СанПиН 2.6.1.2523-09 «Нормы радиационной безопасности» соответствует 1 классу строительных материалов (Аэфф. не превышает 370 Бк/кг). Таким образом, отсевы дробления относятся к разряду экологически чистого сырья вполне пригодного для производства строительных материалов по технологии гиперпрессования.

В качестве модификаторов применялись: метилгидроэтилцеллюлоза Tylose M 15000, стирол-акриловая дисперсия, СДО, водный 1. 3%-ый раствор фтористоводородной кислоты, RheoFIT 774, Пенетрон-Адмикс. Используемые материалы удовлетворяют требованиям соответствующих ГОСТов и ТУ.

Ещё немного о минералах

Термин «минерал» позднелатинского происхождения (от minera – руда). В настоящее время известно почти 6 тыс. минералов, обнаруженных на нашей планете и в пределах видимого космоса, но в образовании горных пород участвует небольшая их часть (не более 100). Такие минералы называют породообразующими (англ. rock- forming minerals), если их содержание в данной горной породе превышает 5% (кварц, полевые шпаты, слюды). Горные породы могут слагаться как одним минералом, так и их комплексом. Если горные породы состоят из одного минерала, то их называют мономинеральными (кварцит, известняк, кварцевый песок, гипс, яшма и др.). Породы, состоящие из нескольких минералов, называются полиминеральными гранит, диорит, диабаз, базальт и др. Самый дорогой минерал – красный алмаз (1,5 млн. долларов за карат). Просто алмаз стоит 15 тыс. долларов за карат. Карат = 200 мг (0,2 грамма).

Рис. 7. Горные породы используемые в технологии гиперпрессования: Магматические (а), осадочные (б) и метаморфические (в) горные породы

Состав, строение, структура, текстура и условия залегания горных пород находятся в причинной зависимости от формирующих их геологических процессов, происходящих в определённых физико-химических условиях. Согласно генетической (от греч. genesii – происхождение) классификации горные породы подразделяются на магматические (изверженные или первичные); осадочные (вторичные) и метаморфические или видоизменённые (рис. 7 и 8). Большинство из указанных горных пород могут применяться в качестве сырья для лего кирпича и других изделий производимых по технологии гиперпрессования.

Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объёма земной коры, но на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Следовательно, остальные 10% приходятся на долю осадочных горных пород, но они занимают порядка 75% площади земной поверхности.

В этой статье мы разберем из чего делается лего кирпич, а также изучим оборудование на котором делают исследования сырья для гиперпрессованных изделий.

Кирпич с соединением шип-паз (напоминающий лего кирпич) представляет собой отличный строительный материал используемый в основном для облицовки строений и с целью строительства домов по технологии “дом-термос”. Основным материалом в составе смеси для изготовления лего кирпича являются отсевы дробления каменных пород, которые образовываются в больших количествах при разработке карьеров.

Технология полусухого прессования, являющаяся основой производства лего кирпича, экологически абсолютно безопасная, а современное оборудование входящее в состав производственных линий экономично и эффективно. Сырье для лего кирпича очень многообразно, широко доступно и можно сказать что это почти неисчерпаемый ресурс.

Где взять сырье для лего кирпича

Основной частью (85–92%) состава смеси для гиперпрессованного лего кирпича выступают отсевы (отходы) камнедробления, имеющиеся в основном на близлежащих карьерах. Дополнительно в качестве сырья можно использовать отходы промышленного производства. Ниже приведен неполный перечень материалов используемых для изготовлениая для лего кирпича:

карбонатные породы;
вулканические породы;
котельные, мартеновские шлаки;
зола уноса электростанций;
отходы переработки с горно-обогатительных, металлургических предприятий;
бой керамического кирпича.

Состав смеси для производства лего кирпича

Для изготовления лего кирпича состав смеси в первую очередь зависит от доступности наполнителя на местном уровне и может корректироваться в довольно широких границах. Такими наполнителями могут служить песок, глина, известь, отсев щебня и отходы от камнедробления которые составляют около 85% от общего объема готового изделия. Подбирая рецептуру для изготовления лего кирпича следует принимать во внимание климатический пояс и сферу применения. Например присутствие глины в тех или иных пропорциях в составе лего кирпича, достаточно сильно снижает морозоустойчивость строительного материала.

Помимо основного заполнителя, для производства облицовочного лего кирпича М150 и выше используется портландцемент М400 и М500 D0, реже применяется белый цемент М600. Связующее должно быть высокого качества, не рекомендуется брать старый цемент.

Пигмент для лего кирпича

Цветной кирпич получают путём введения в смесь 3–10% пигментов: охры, сурика, окиси хрома или ультрамарина. Замечено, что использование красящих пигментов несколько снижает марку лего кирпича, требуя некоторого увеличения доли цемента. Исключение составляет инертный к гидроокиси кальция оксид хрома

В нашей стране наиболее популярен натуральный цвет лего кирпича. Но тенденция в строительстве частных домов направлена на использование комбинированных цветов. Из-за этого спрос на цветной лего кирпич растет ежегодно. Смесь для изготовления лего кирпича окрашивается уже на этапе смешивания всех компонентов. Качественные пигменты проверенных производителей придают изделию стойкие, яркие цвета. При их неравномерном распределении по массе кирпича создается естественный окрас схожий с расцветкой натурального камня.

При отказе от красителей, состав смеси для производства лего кирпича можно окрашивать природными материалами, которые входят в состав изделия. К примеру, песок придает бежевые оттенки, доломит и известняк - светлые тона, глина - красный оттенок. Цвета, при использовании натуральных красителей получаются более бледные в сравнении с пигментами. Разнообразие цветовой палитры лего кирпича можно оценить на фото.

Исследования состава смеси лего кирпича

Непосредственному запуск производства предшествует этап разработки состава рабочей смеси с целью определить точные пропорции лего кирпича. Так как вариантов комбинаций используемых материалов для лего кирпича может быть 5, 10, 20 и более необходимо ответственно подходить к их утверждению.

Для лучшего понимания того, как происходят исследования каменных пород и других компонентов и как создаются “правильные” рецепты смеси лего кирпича, мы приведем обзор процесса и оборудования которое применяется в лабораториях.

Лабораторное оборудование для изучения состава смеси

Перемешивание сырьевых смесей, применяемых при изготовлении гиперпрессованного лего кирпича производится на лабораторном вибрационном смесителе. Материалы подаются в смесительную камеру через загрузочный люк. Исследуемый состав приготавливается в смесителе по принципу виброперемешивания, при котором вращению лопастей, закрепленных на горизонтально расположенном валу сопутствует параллельная вибрация приготавливаемой смеси за счет вибрации резинового днища смесительной камеры.

Измельчение цементного клинкера входящего в состав смеси для изготовления лего кирпича производится в лабораторной двухкамерной шаровой мельнице, с объемом загрузки каждой камеры в 5 кг сырьевого материала. Для соблюдения чистоты исследования пробы цементного клинкера массой 5 кг перемалываются всегда в одной и той же камере мельницы, с использованием одного и того же набора стальных мелющих шаров, подобранных в соответствии с рекомендациями, содержащимися в специализированной технической литературе и представленного в таблице 1.

Табл. 1. Набор стальных мелющих шаров, применяемый для помола цементного клинкера

Перед применением в составах лего кирпича, полученный в результате помола цемент, просеивается через сито № 0,2. Для сушки исходных материалов и получаемых образцов материала используется лабораторный сушильный шкаф, оборудованный терморегулятором и вентиляционной установкой.

Гранулометрический состав природного кварцевого песка и отсевов дробления карбонатных пород, применяемых при изготовлении смесей для кирпича, определяется при помощи стандартного набора сит с размером отверстий от 70 до 5 мм и от 5 до 0,05 мм.

Удельная поверхность цемента определяется с помощью прибора Т-3, который также может применяться для измерения удельной поверхности ряда других порошкообразных материалов (гипса, угольной пыли).

Для изготовления и испытания образцов кирпича на основе отсевов дробления карбонатных пород используется оборудование, предназначенное для испытания бетонов в соответствии с требованиями нормативно-технической документации.

Рентгенографический количественный фазовый анализ сырья для лего кирпича производится на дифрактометре D8 Advance фирмы Bruker. С целью определения количественного химического состава отсевов дробления карбонатных пород применяется многоканальный спектрометр СРМ 25М.

Тепловлажностная обработка образцов гиперпрессованного кирпича осуществляется в лабораторной пропарочной камере, оснащенной терморегулятором.

Испытания лего кирпича из различных составов смеси, изготовленного по технологии гиперпрессования, на прочность при сжатии проводятся на гидравлическом прессе П-125. Аналогичные испытания искусственного каменного материала, изготавливаемого методом прессования, осуществляются на гидравлическом прессе ИПэ-100.

Испытания, направленные на определение предела прочности при изгибе искусственного каменного материала, изготовленного методом прессования, осуществляются на образцах-балках сечением 20×20 мм длиной 60 мм по схеме представленной на рисунке 1.

Определение коэффициента теплопроводности лего кирпича, осуществляется при помощи прибора ИТС-1.

Методы исследования свойств сырья для производства гиперпрессованного лего кирпича могут применяться разные. В этой статье мы рассмотрим варианты экспериментов, оборудование применяемое в ходе испытаний, а также коснемся методики математического моделирования свойств искусственного строительного камня

Химический анализ портландцементного клинкера выполнялся в соответствии с нормативно-технической документацией. Цемент, приготовленный помолом клинкера в лабораторной шаровой мельнице испытывался в соответствии с требованиями нормативно- технической документацией. Удельная поверхность цемента определялась на приборе Т-3.

В качестве основного сырья для лего кирпича рассматриваются отсевы дробления карбонатных пород, которые испытываются в соответствии с требованиями. Рентгенографический количественный фазовый анализ отсевов производится по инструкции Научного совета по методам минералогических исследований (НСОММИ) No 29 на дифрактометре D8 Advance фирмы Bruker. Количественный химический состав сырья определяется по инструкции Научного совета согласно аналитическим методам (НСАМ) No 313-РС на спектрометре СРМ 25М. Природный кварцевый песок испытывается в соответствии с установленными требованиями.

Исследования искусственного строительного камня типа лего кирпич на основе модифицированного сырья

Сопоставление и анализ свойств искусственных каменных материалов изготовленных по технологии гиперпрессования на основе сырья карбонатных пород, подвергаемых модифицированию посредством введения различных химических добавок, осуществляется из условия равной удобоформуемости.

Процесс приготовления смеси для лего кирпича из исследуемого сырья осуществляется в лабораторном смесителе. Используемые химические модификаторы по технологии их введения в состав исследуемой смеси можно подразделить на две категории:

добавки, вводимые в состав вместе с водой затворения в процессе перемешивания;
добавки, используемые для модификации отсевов дробления карбонатных пород на стадии предварительной обработки.

Проводимые исследования направлены на выявление закономерностей формирования основных свойств прессованного лего кирпича в зависимости от вида и количества вводимого химического модификатора.

Настоящие исследования выполняются на составах с содержанием цемента 10-50 % от массы сухих материалов. Используемое сырье для лего кирпича, по виду мелкого заполнителя, можно разделить на две группы:

первая группа - исследования, в которых 100 % мелкого заполнителя составляли отсевы дробления карбонатных пород;

вторая группа - исследования, в которых используется комбинация из отсевов карбонатных пород и кварцевого песка. При этом содержание песка, в смеси заполнителей варьируется от 10 % до 90 %.

Определение основных технических показателей и характеристик исследуемого материала, изготовленного по технологии гиперпрессования, осуществляется на образцах-кубах с длиной ребра 100 мм после 28 суток твердения в нормальных условиях. Для выявления основных свойств прессованного искусственного каменного материала используются образцы-цилиндры диаметром 70 мм и высотой 70 мм, а также на образцы балки сечением 20×20 мм длиной 60 мм после 28 суток твердения в нормальных условиях.

Математическое моделирование свойств лего кирпича на модифицированном карбонатном сырье

Математическое моделирование свойств каменного материала искусственно созданного по технологии гиперпрессования, предпринимается с целью оптимизации составов бетона по содержанию цемента и химических модификаторов.

Основным этапом исследования является планирование, проведение и анализ эксперимента. Данный этап строится по следующему принципу:

Ступень А – анализ накопленной информации, направленный на выделение из системы факторов, гипотетически влияющих на выходы (Y_i), определенного ряда факторов X_i, роль которых в изменении Y_i наиболее ощутима.

При помощи операции центрирования осуществляется перенос начала координат системы переменных факторов в центр эксперимента с координатами в натуральных переменных:

При планировании эксперимента выявленные ранее факторы из натуральных переменных (X_i) переводится в кодированные (x_i) с ограничением -1 ≤ x_i ≤ +1. Таким образом, факторное пространство представляет собой К-мерный куб.

Ступень Б – эксперимент для описания поведения объекта и оптимизации его функционирования по нелинейным моделям. Ступень Б состоит из последовательных шагов статистического анализа:

Оценка параметров распределения случайных величин Y_i;
Корреляция между Y_i;
Оценки коэффициентов и их ошибок;
Последовательный регрессионный анализ и проверка адекватности модели;
Поиск оптимальных условий работы объекта по каждому критерию качества Y_i;
Поиск компромиссных решений по всем критериям Y_i;
Построение графиков для оперативного управления объектом.

В конкретных экспериментальных исследованиях, представленные выше шаги могут выполняться лишь частично, в зависимости от преследуемых целей и задач.

Для анализа разрабатываемых систем в рамках проводимых экспериментальных исследований применяется локально интегральное моделирование в виде полинома n-го порядка.

Основное достоинство полиномиальных моделей (за исключением однофакторных) состоит в наличии эффекта взаимодействия (b_ij), позволяющего учитывать степень влияния сочетания определенных факторов и, соответственно, более полно и четко описывать сложные системы. Кроме того, модели подобного рода позволяют учитывать нелинейный характер влияния каждого конкретного фактора.

Схема организации эксперимента – эксперимент с сериями опытов в каждой точке. При использовании подобной схемы проведения экспериментального исследования в каждой из N точек К-мерного куба факторного пространства, обозначенного разработанным ранее планом эксперимента, производится m = const дублирующих измерений параметра выхода. Критерии, применяемые при построении и регрессионном анализе моделей, приведены на рис. 1.

Рис. 1. Статистические критерии

Анализ формирования набора основных характеристик гиперпрессованного лего кирпича, произведенного из модифицированного сырья отсевов дробления карбонатных пород, осуществляется на основе изучения характера изменения величины конкретного показателя качества конечного материала в зависимости от рецептурных или технологических параметров. Выбор начальных точек подобных экспериментов основывается на базе накопленных ранее теоретических и практических исследований.

В процессе проведения комплекса экспериментальных исследований решения об определенных изменениях в рецептуре составов или технологических параметрах формовки образцов принимаются на основании уровня качества результатов, достигнутых на предыдущем этапе эксперимента. Систематизация полученного ряда данных осуществляется путем построения графических зависимостей величины того или иного показателя качества прессованного лего кирпича от изменения конкретного рецептурного или технологического параметра.

Делали детского конструктора «Лего» и строительный лего-кирпич — это действительно «близкие родственники». Но легковесные рассуждения на тему, как быстро и просто сложить из этого материала не игрушечный, а вполне себе настоящий дом, неуместны. Ведь речь идет о серьезных вещах, а значит, нужны ответы на важные вопросы: каковы свойства такого кирпича, как с ним работать, насколько добротным и надежным будет здание из него?

В отличие от керамического, лего-кирпич изготавливают методом гиперпрессования. В состав смеси входят наполнитель в объеме 80–90% (глина, глиняно-песчаная смесь, песок в сочетании с мелкофракционным отсевом щебня или ракушечника, известняковая крупка), цементное связующее (8–15%), вода, а также пластифицирующие добавки и пигменты. Для строительства капитальных стен и перегородок применяют полнотелые изделия прочностью не ниже М150. В сравнении с керамическим кирпичом той же марки материал обладает сопоставимой с ним плотностью (1550 кг/м³ против 1600–1900 кг/м³ у «керамики»), аналогичным показателем морозостойкости (35–40 циклов; с помощью присадок их число увеличивают до 200) и почти таким же весом — от 3,2 до 4 кг. Но при этом отличается гораздо меньшим водопоглощением — не 14%, а всего 5,5–6%, что делает его более устойчивым к атмосферным воздействиям и значительно продлевает срок службы. Коэффициент теплопроводности лего-кирпича составляет 0,4–0,56 Вт/м‧К, обычного красного — 0,5–0,8 Вт/м‧К, то есть первый лучше держит тепло.

Стандартный размер изделий — 250 (240) × 125 (120) × 65 мм. Помимо одинарных, выпускаются также бруски полуторные и двойные. Характерной особенностью, которая, собственно, и превращает простой кирпич в «лего», является наличие у него системы сопряжения элементов на основе пазов и выступов. Те и другие могут иметь разную форму, но самый практикуемый вариант — это два отцентрованных отверстия Ø 65 мм: с верхней стороны бруска вокруг них есть приподнятые на 5 мм бортики, и при монтаже кирпич следующего ряда как бы насаживается на эти «кольца», ложась идеально ровно и делая невозможным смещение кладки. ( К сведению: по типу деталей из конструктора «Лего» изготавливают не только прессованные кирпичи, но и строительные блоки из полистиролбетона , газо- и пенобетона. ) Монтажные отверстия выполняют еще одну важную функцию — образуемые ими каналы в стенах служат для скрытой прокладки коммуникаций.

Благодаря низкому водопоглощению лего-кирпича, сложенные из него фасады не покрываются темными пятнами от воды, не впитывают загрязнения и не теряют со временем свой первоначальный вид

Производство лего-кирпича, цены

При изготовлении лего-кирпича производители руководствуются требованиями ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные» и ГОСТ 6133-99 «Камни бетонные стеновые». Наполнители измельчают и соединяют с другими компонентами массы в нужной пропорции, после чего смесь помещают в специальные матрицы и прессуют. Обжиг не требуется. Готовые формы отправляют на 72-часовую выдержку до полного набора прочности. Данная технология позволяет обеспечить материалу расчетную плотность и получить на выходе изделия с идеально точной геометрией, что и обуславливает правильную стыковку кирпичей без какой-либо подгонки и гарантированную ровность и стабильность кладки. Кроме обычных гладких, выпускают также бруски с текстурированной лицевой поверхностью (в частности, под натуральный камень), а благодаря пигментам им можно придать различную окраску, вплоть до пятнистой. Да и сам состав смеси влияет на цвет изделий: например, добавление золы делает их серыми, а каолин и известняк «высветляют».

Как и традиционные кирпичи, «лего» бывают полнотелыми и пустотелыми (до 60% «воздуха»). Естественно, такой материал обходится в производстве дешевле, имеет меньший вес, но и меньший запас прочности, зато обладает высокими теплоизолирующими способностями. Он отлично подойдет для облицовки наружных стен и каминов, кладки ненесущих перегородок, для сооружения беседок, заборов и т. п.

Handmade

Фирмы, производящие строительное оборудование, предлагают ручные и электрические станки для индивидуального изготовления лего-кирпича. При этом для получения продукции, пригодной для возведения капитальных зданий (то есть соответствующей марки прочности), необходимо, чтобы пресс обеспечивал давление минимум в 30 т.

Небольшие механические агрегаты с одной матрицей способны выдавать до 500–800 кирпичей за смену и стоят около 60 тыс. руб.; производительность полуавтоматических линий — до 2000 штук, цена — от 200 тыс. руб. А вот автоматизированные комплексы, оснащенные полным набором функций (дозировка ингредиентов, помол наполнителя, вымешивание массы, формовка, прессование и пропарка изделий), позволяют производить до 10 тыс. кирпичей за смену и обходятся в сумму порядка 7–8 млн руб. И тут на первый план выходит вопрос рентабельности. Понятно, что применение мощных дорогостоящих станков оправданно только в случае постановки процесса на коммерческую ногу.

Из-за появления полукустарных «гаражных производств», для которых ГОСТы и СНиПы не указ, при покупке материала следует проявлять осторожность и требовать предъявления сертификатов качества и безопасности на исходное сырье и конечную продукцию, а также протоколов ее технических испытаний. У солидных предприятий, гарантирующих соответствие своих изделий всем заявленным характеристикам, такая документация всегда в наличии.

Цена на лего-кирпич зависит от многих факторов — марки материала, вида наполнителя, формы стыковочного замка, размера и цвета изделия, объема партии, а также от региона и даже сезона покупки. В среднем стандартные бруски прочностью М150–200 с двумя монтажными отверстиями стоят от 16 до 20 руб./шт. за образцы нейтрального серого цвета и от 20 до 38 руб./шт. за цветные (красные, в оттенках беж, желтые, синие, черные). Стоимость моделей с оригинальной окраской «под мрамор» может доходить до 45–57 руб. за единицу.

Подвергнутый гиперпрессованию с усилием более 30 т, лего-кирпич приобретает высокую прочность, устойчивость к износу, а также трещиностойкость, которую не может обеспечить технология обжига

Преимущества применения и особенности кладки

Помимо высоких технических и эстетических характеристик, лего-кирпич обладает и другими достоинствами, которые напрямую касаются его монтажа.

В первую очередь такие бруски значительно упрощают процесс кладки. Тщательной подгонки и постоянного контроля уровня требует только первый ряд кирпичей. За счет жесткой системы сопряжения и точной геометрии, в последующих рядах элементы будут ложиться строго на свое место, образуя абсолютно ровную конструкцию, не допускающую ни перекосов, ни «завалов» по осям. Результатом становится сокращение времени на кладочные работы, отсутствие необходимости в найме высококвалифицированных, а значит, высокооплачиваемых каменщиков (их услуги потребуются разве что на начальном этапе строительства и при возведении особо ответственных участков кладки, так как вывести стену криво поверх идеально положенного первого ряда невозможно, даже если постараться) и естественно вытекающая отсюда экономия средств.

Поскольку лего-кирпичи кладут на специальный клей (влаго- и морозостойкие составы для фасадных работ), отпадает надобность в приготовлении цементного раствора и все сложности, связанные с его применением: прежде всего, строгое выдерживание толщины слоя. Расход клея при этом сравнительно небольшой (упаковки 25 кг хватит на укладку 500 кирпичей, что выйдет вдвое дешевле, чем при использовании обычной строительной смеси), а швы, заполняемые в последующем плиточной затиркой, получаются минимальными. Таким образом, элементы приобретают двойную фиксацию — замковую и клеевую (это повышает прочность «лего-кладки» более чем в 1,5 раза в сравнении с традиционной), но главное — в стеновой конструкции отсутствуют мостики холода, что существенно улучшает ее теплозащитные свойства.

Стены, сложенные из лего-кирпича, имеют ровные поверхности, а следовательно, не нуждаются в оштукатуривании, что является еще одной статьей экономии.

Наличие пустот в стенах из лего-кирпича следует учитывать при креплении к ним тяжелых навесных предметов, например радиаторов отопления. Если предусмотреть их месторасположение заранее, проблему можно решить с помощью закладных деталей в кладке

Схема кладки стен из лего-кирпича 1. Лего-кирпич 2. Цементный раствор 3. Арматура 4. Коммуникации 5. Клей 6. Утеплитель

Кладка ведется со сквозным вертикальным и горизонтальным армированием. Первое реализуется за счет металлических или базальтопластиковых стержней, устанавливаемых в качестве ребер жесткости по углам здания, в местах сопряжения стен, по краям проемов и т. п. Кирпичи просто нанизывают на них, производя обязательную перевязку.

Для горизонтального усиления кладки служат армопояса, которые отливают после бетонирования вертикальной арматуры. Их выполняют по брускам с опалубочным профилем через проектное количество рядов. Свободные каналы, образуемые монтажными отверстиями, до устройства армопоясов могут быть также залиты бетоном для дополнительного упрочнения конструкции.

Если согласно теплотехническому расчету ограждающие стены выкладываются в два слоя, пространство между ними заполняют теплоизолятором, например керамзитом или каменной ватой.

Примеров капитальных домов из лего-кирпича, в силу относительной новизны технологии, пока не много. Но заявленные авторитетными производителями характеристики материала дают полное основание считать, что по надежности и долговечности такие постройки как минимум не уступают традиционным каменным зданиям.

Читайте также: