Клинкерный кирпич на основе легкоплавких глин

1.

Казанский государственный архитектурно-строительный
университет
ООО «Наностройтех»
Клинкерный кирпич на основе
легкоплавких глин
Научный консультант, член-корр. РААСН, проф., д.т.н. Рахимов Равиль Зуфарович
Научный руководитель, проф., д.т.н. Габидуллин Махмуд Гарифович
Ответственный исполнитель, аспирант Миндубаев Алмаз Альбертович

2. Цель проекта

* Целью настоящего проекта является организация
производства в Республике Татарстан широкой
линейки полнотелого фасадного и мостового
клинкерного кирпича марок от 300 до 1000 путем
строительства завода мощностью 30 млн. шт. усл.
кирпича в год на основе местных легкоплавких глин.

3. Актуальность

*
В последние годы в РТ и РФ широко применяются для утепления стен зданий
многослойные облегченные фасадные системы из кирпича, которые не всегда
приспособлены к местным климатическим условиям и поэтому их эксплуатация
даже за короткий период (5-10 лет) показала, что они имеют целый ряд
недостатков:
*
- обнажение пустот лицевого пустотелого кирпича по причине разрушения его
внешней грани при попеременном замораживании и оттаивании;
*
- образование протяженных трещин на фасаде, из-за отсутствия термоусадочных
горизонтальных и вертикальных швов;
*
- образование «мостиков холода» из-за нарушения целостности теплоизоляции в
виде минеральной ваты и т.д.

4. Дефекты фасада

* Обнажение пустот лицевого
пустотелого кирпича по
причине разрушения его
внешней
грани
при
попеременном
замораживании
и
оттаивании

5. Дефекты фасада

* Неудовлетворительное
решение конструкций
горизонтальных
деформационных швов под
опорным поясом (плитами
перекрытий или
металлическими несущими
уголками);
* Распространенный дефект
обусловлен попаданием в
горизонтальный шов под
перекрытием дождевых вод.

6. Дефекты фасада

Здание сдано в эксплуатацию
менее 3 лет назад.
Ограждающие стены кирпичные
несущие трехслойные (с утеплителем
и облицовкой в полкирпича до уровня
второго этажа, далее вентилируемый
фасад).
В кирпичной облицовке ограждающих
стен многочисленные трещины,
протяженностью до 1,5 этажей из-за
температурных напряжений при
большой протяженности стен,
перенапряжения стен

7. Дефекты фасада

* Развитие трещин в кирпичной
облицовке зданий, стены
которых имеют многослойную
конструкцию, могут приводить к
подобным обрушениям.
* Это необходимо учитывать при
эксплуатации зданий подобной
конструкции, вести мониторинг
за развитием трещин и
своевременно выполнять
необходимые ремонтные
мероприятия

8. Проблема

*
В Московской области, где также имели место массовые дефекты кирпичных
облицовок многослойных стен, к вопросу подошли радикально.
*
Распоряжением Минмособлстроя от 23.05.2008 г. № 18 «О применении трехслойных
стеновых ограждающих конструкций с внутренним слоем из плитного эффективного
утеплителя и лицевым слоем из кирпичной кладки при строительстве гражданских
зданий на территории Московской области» муниципальным образованиям области,
запрещено
применять при проектировании на территории
Московской области для зданий и сооружений
трехслойные стеновые ограждающие конструкции с
внутренним слоем из плитного эффективного
утеплителя и лицевым слоем из кирпичной кладки.
застройщикам, проектным и подрядным организациям было

9. Проблема

*
В Москве не стали сразу рубить с плеча и 4 июля 2008 г. приняли
«откорректированное» решение НТС Комплекса архитектуры, строительства,
развития и реконструкции города Москвы, на котором в связи с серьезностью
принято
решение
рекомендовать временно приостановить в Москве
проектирование
многослойных
ограждающих
конструкций с облицовкой кирпичом.
высказанных
*
замечаний
было

10. Проблема

*6
апреля 2009 г. вышло Распоряжение Правительства Москвы
№
587-РП
«О
запрете
применения
на
объектах
государственного заказа города Москвы многопустотного
кирпича
в
качестве
облицовки
слоистых
стеновых
ограждающих конструкций зданий».
* 18
мая 2009 г. НТС Комплекса градостроительной политики и
строительства
города
Москвы
вновь
собрался
для
рассмотрения откорректированных технических решений
многослойных
ограждающих
конструкций
зданий
с
облицовкой кирпичом.

11. Проблема

*
В итоге было сделано заключение, что сколь хорошее техническое решение не
примени, как хорошо дом не спроектируй, на стройке все равно все испортят.
*
А потому решено было остановиться на незатейливом, тяжелом и дорогом
техническом решении конструкций энергоэффективных наружных стен с
облицовкой кирпичом 250 мм (в один кирпич) с полным опиранием на
железобетонные перекрытия.
*
Но это еще не все. Кирпич для облицовки должен быть полнотелым, в крайнем
случае, с тремя технологическими отверстиями.
*
Применение кирпича с утолщенной до 20 мм внешней стенкой еще придется
обсудить.

12. Актуальность

* Одним
из путей устранения в будущем таких
дефектов многослойных облегченных кирпичных
фасадов
современных
зданий
является
использование высококачественного кирпича.
*В
связи с этим, разработка составов и технологии
производства высокопрочного, морозостойкого,
полнотелого фасадного клинкерного кирпича на
основе местных легкоплавких полиминеральных
глин РТ – актуальная задача.

13. Аналоги и прототипы

14. Клинкер Hagemeister в Германии

* Наилучшие зарубежные аналоги:
ABCKlinkergruppe, Feldhaus Klinker, EngelsHelden, A.D.W. Klinker, Hagemeister.
*В
качестве аналога в наших исследованиях
принят фасадный клинкерный кирпич,
выпускаемый известной немецкой фирмой
HAGEMEISTER (Хагемайстер), технические
характеристики которого регламентированы
DIN V 105-1.

15. Свойства фасадного клинкера HAGEMEISTER

ПАРАМЕТРЫ
ТРЕБОВАНИЕ
СОГЛАСНО
DIN V 105-1
КЛИНКЕР HAGEMEISTER
0 мм
2 мм
1 мм
Диапазон отклонения размеров
Длина ≤ 6 мм Ширина ≤ 4
мм Высота ≤ 3 мм
Морозостойкость
50 циклов замораживания> 50 циклов изменений нет
оттаивания
Кислотостойкость
Средняя плотность
Предел прочности на сжатие
Водопоглощение
Содержание солей
≤6%
1,20 %
≥ 1800 кг/м3
2300 кг/м3
≥ 28,0 МПа
125,8 МПа
≤7%
2,97 %
(Na+ + K+)
Mg2+
0,00 %
0,00 %

16. Свойства мостового клинкера HAGEMEISTER

ПАРАМЕТРЫ
ТРЕБОВАНИЕ
СОГЛАСНО DIN
1344 и DIN 18503
КЛИНКЕР
HAGEMEISTER
Диапазон отклонения размеров
Длина ≤ 8 мм
2 мм
Ширина ≤ 6 мм Высота 1 мм
≤ 5 мм
1 мм
Морозостойкость
100 циклов
замораживанияоттаивания
> 100 циклов
изменений нет
Кислотостойкость
≤7%
0,5 %
Средняя плотность
≥ 1900 кг/м3
2460 кг/м3
Предел прочности на изгиб
≥ 80 МПа
212,0 МПа
Сопротивление истиранию
≤ 450 мм2
94 мм2
Водопоглощение
≤6%
0,3 %

17. Особенности технологии

* Клинкер HAGEMEISTER изготавливают путем обжига сланцевой
глины при высоких температурах (около 1200°С).
* При
дальнейшей обработке, для придания различных цветов,
температура достигает и вовсе 2000°С.
* Добывают глину в северо-западной Германии.

18. Клинкер « Керамейя » (Украина)

* « Керамейя » (Украина) производит:
* - клинкерный кирпич под торговой маркой « Керамейя »,
*
- клинкер мостовой под торговой маркой « БрукКерам ».
*
ООО «Керамейя» создано в г. Сумы в 2007 году при поддержке
американского инвестиционного венчурного фонда Horizon Capital.
*
Мощность линии по производству клинкерного кирпича - 30 млн. шт.
в год и брусчатки - 10 млн. шт. в год.

19. «Голицинский кирпич»

*
Сегодня строительные организации РФ закупают с доставкой клинкерный кирпич
из дальнего Зарубежья по цене 50-100 рублей, а из Украины по цене 25-35
руб./шт.
*
В России клинкерный кирпич производится только на одном предприятии в
Голицыно (Подмосковье).
*
Лицевой кирпич, производимый группой компаний «Голицинский кирпич», хотя
и не является фасадным клинкерным, но отличается высоким качеством:
морозостойкость F100, марка до «175», толщина наружной стенки пустот 20 мм,
широкая цветовая гамма.
*
Цена – от 10 до 35 рублей в зависимости от типоразмеров и наименования
продукции.
*
Мостовой клинкер: марка по прочности 500-700, морозостойкость F200,
водопоглощение 2-4%, размеры 200х100х55 мм, цена - 23,75 руб./шт. Высокая
марка и отсутствие пустот на кирпиче повышает долговечность фасадов зданий
из этого клинкера.

20. Информация о проекте

21.

ИНФОРМАЦИЯ О ПРОЕКТЕ
Предлагается создание производства клинкерного кирпича на основе
легкоплавких глин Республики Татарстан
Суть проекта и область применения
• Разработка составов,
технологических режимов и
ресурсосберегающие технологии
для производства клинкерного
кирпича «ТатКлинкер».
• Использование легкоплавких глин и
модифицирующих добавок для
создания красивых, долговечных
теплоэффективных керамических
стен жилых мало- и многоэтажных
зданий
Патентная защита
• 1. Имеется патент № 2425817 .
• 2. Положительное
выдаче
патента
2011102272.
решение о
заявка
№
• 3. Оформляется патент на способ

22.

ИННОВАЦИЯ
Планируемый клинкерный кирпич будет конкурентоспособен с
аналогами и при этом значительно дешевле
Морозостойкость
F200
F150
F150
F200
F150
F50
Количество
оттенков, шт
>50
>50
>20
5
10
3
F150200
20

23.

МАРКЕТИНГ
ПРОБЛЕМЫ
Рост строительного рынка на 5-7% в год, а также возможности
импортзамещения предоставляют хорошие рыночные возможности
Характеристики рынка
Область использования
Внешние фасады
Внутренние отделочные работы
Ландшафтный дизайн
Декоративные элементы
Тротуары и мостовые.
Кислотоупорные материалы
Промышленные полы
Вид строительного материала
Стеновые материалы, млрд.
усл. кирпичей
Кирпич строительный, млрд.
усл. кирпичей
• Рост ВВП стимулирует промышленное и
гражданское строительство в России на
5-7% в год
• Клинкерный кирпич практически не
производится в России, а завозится изза рубежа – существенный потенциал
импортозамещения
2002
2003
2004
2005
2006
2007
13,9
14,1
14,8
15,2
15,9
18,5
11,0
11,0
11,4
11,3
11,4
12,8

24. Достоинства и недостатки клинкера

25. Достоинства клинкера

*
Затраты на облицовку клинкерным кирпичом, вместо облицовки
штукатуркой, возвращаются через 10 лет. Экономим на окраске,
мытье, а также повторном оштукатуривании.
*
Глина не содержит солей и мела, таким образом, отсутствуют высолы
и другие проблемы, связанные с агрессивным действием влаги.
*
*
*
*
*
Высокая марка прочности обеспечивает долговечность материалов .
*
*
Полная огнестойкость.
Низкое водопоглощение (2-3%).
Морозостойкость - более 300 циклов.
Полная биологическая устойчивость.
Химическая устойчивость. Рекомендуется применение в
промышленных и городских центрах.
Широкая цветовая гамма - свыше 300.

26. Недостатки производства клинкера

* Затраты
на производство клинкера значительно выше, чем на
лицевой кирпич — повышение температуры печи на 50°С
приводит к увеличению расхода газа на 25%. Разница в обжиге 200°С.
* Высокая плотность – более 2000 кг/м3.
* Ограниченная сырьевая база.
* Требуется специальный раствор.
* Низкая производительность кладки – 5-6 рядов в сутки.

27. Особенности технологии

* Основа технологии Керамейя (Украина)
- глина из
которой изготавливается клинкерный кирпич и плитка, добывается в
собственном карьере, дополнительно армируется магматическими породами
для придания продукту особой прочности и монолитности структуры.
*
Высококачественная керамическая масса смешивается с водой,
формируется методом экструзии, высушивается и отправляется на обжиг.
*
При температуре около 1200 ° C изделие обжигается в одной из самых
длинных в Европе туннельных печей - 212 м.
Используется низкая садка изделий на печные вагоны - 0,9 м.
*
*
Благодаря такой технологии и особенностей сырья изделие имеет очень
высокую плотность, которая обеспечивает его необычайную прочность,
низкое водопоглощение и морозостойкость.

28. Нормативные документы

*
1. В Европе - DIN 1344 и DIN 18503
*
2. В Украине - ТУ У В.2.7-26.4-34327895-001: 2008 «Керамический
клинкер для облицовки фасадов« Клинкерам »и дорожная брусчатка«
БрукКерам »
*
3. В России - ТУ 5741-001-34854050-08.

29. Критика ТУ 5741-001-34854050-08

*
Анализируя изложенные выше данные из ТУ 5741-001-34854050-08,
следует отметить недостаточно высокое значение верхней границы
морозостойкости, принятое F100.
*
Видимо, этот показатель следует увеличить до F300, а нижнее
значение водопоглощения принять менее 5%.
*
Кроме того, считаем необходимым убрать нижнюю ступень марки по
прочности, равную «250», так как этот показатель соответствует
прочности типового кирпича и камня по основному стандарту ГОСТ
530-2007.

30. Выбор глин для производства клинкера

31. Глины Украины

*
Часов -Ярские глины: - лучшая глина в бывшем СССР. т.к. ми в стране
для производства тонкой керамики и др. бело-жгущихся изделий. Эти
глины делятся на две группы: полукислые и основные.
* Основная особенность:
большой интервал спеканияплавления: от 300 до 700°, при низкой температуре начало спекания
1000-1250'С: огнеупорность их 1580-1730°С.
*
Это объясняется одновременным наличием в составе большого
количества глинозема (30-40%) и щелочных окислов (до 3%).
*
Аналогичные глины - Дружковские, Веселовские, Артемовские, новорайские глины.
*

32. Свойства глин РТ

* Многие регионы России, в том числе и Республика
Татарстан, не имеют глин (тугоплавких и огнеупорных)
пригодных для производства керамического клинкера.
* Наши месторождения в основном представлены кирпичночерепичными легкоплавкими глинами, отличающимися
неоднородностью химического, минералогического и
гранулометрического составов.
*
* Этими глинами богата Украина, поэтому там неплохо
налажено производство клинкерного кирпича.

33. Свойства глин РТ

*Их недостатки:
* - они легкоплавкие,
* - мало- или умеренно-пластичные,
* - имеют узкий интервал спекания (около 50оС),
* - бедны содержанием оксида алюминия (содержание
Al2O3 в среднем 8-13%),
* - в основном представлены монтмориллонитом и
только следами каолинита.

34. Результаты НИОКР

35. Свойства глин РТ

*
Предварительные стандартные испытания и анализ основных свойств
этих глин позволил выбрать для исследований:
* - легкоплавкую калининскую,
* - легкоплавкую тураевскую,
* - легкоплавкую пестречинскую,
* - тугоплавкую ново-орскую глину,
* - огнеупорную нижне-увельскую.

36. Структура клинкера

Дифрактограммы обожженных при 1100 ºС образцов
черепка, полученного из различных составов шихт
на основе Калининской и Нижне-Увельской глин
*
*
Нижне-Увельская 25%
*
*
Нижне-Увельская 50%
*
*
*
Нижне-Увельская 50%,
*
*
Нижне-Увельская 75%
*
 
Калининская 75%
Калининская 50%
Калининская 50%,
Нанопаста 0,2%,
Калининская 25%

37. Структура клинкера

а
в
б

38.

39. Объем необходимого финансирования

№
этапа
Содержание работ по
этапу
Длительность
этапа
Стоимость
реализации
этапа, руб.
Исполнители,
соисполнители и
организации ведущие
проект
КГАСУ ( каф.
строительные
материалы);
ОАО «АСПК»
1.
Лабораторная апробация
составов и технологии.
6 мес.
600 000
2.
Опытно-промышленная
апробация и оценка
возможности получения
клинкерного кирпича
6 мес.
1 200 000
КГАСУ ( каф.
строительные
материалы);
ОАО «АСПК»
3.
Разработка Технического
задания на
проектирование,
выполнение проектных
работ. Приобретение и
монтаж дополнительного
оборудования. Авторский
надзор и сопровождение.
Комплектация
дополнительным
оборудованием
12 мес.
20 000 000
КГАСУ ( каф.
строительные
материалы);
ОАО «АСПК»
Будет
уточняться
после
выполнения
работ п.1-3
Будет
уточняться
после
выполнения
работ п.1-3
КГАСУ ( каф.
строительные
материалы);
ОАО «АСПК»
4.

40. Образцы, выставки

41. Изготовление клинкерного кирпича нормального формата 1 NF

1
2
3
4
Образцы клинкерного
кирпича «ТатКлинкер»
формата 1NF,
полученные в
лабораторных условиях:
1 – «шагрень»,
2 – «классический»,
3 – «персик»,
4 – «под старину».

42. Выставки

* Образцы клинкерного
кирпича на стенде V
Казанской Венчурной
ярмарки («Корстон»,
апрель, 2011 г.)

43. Выставки

*
Научный руководитель проекта, профессор кафедры строительных материалов КазГАСУ, д.т.н.
Габидуллин М.Г. рассказывает Президенту РТ Минниханову Р.Н. (слева крайний Велихов ,
спиной Кекконен ) об особенностях и экономической целесообразности получения клинкерного
кирпича в Республике Татарстан на основе местного глинистого сырья на V Казанской
Венчурной ярмарке

44. Общие выводы

*
*
Лабораторно-технологическими испытаниями :
*
-доказано, что кирпич марок «600», «800» и «1000» можно получить при
соотношении указанных в шихте глин (Калининская : Нижне-Увельская
*
*
 
*
Расчетная цена кирпича – 16-18 руб./шт.
- установлена возможность получения на основе 3-х компонентных шихт,
включающих в качестве основной глины легкоплавкую Калининскую, в виде
добавочной глины огнеупорную Нижне-Увельскую и кремнеземсодержащей
добавки в виде перлита, клинкерного кирпича марок по прочности от 600 до 1000.
- доказана возможность получения на основе двухкомпонентной шихты: (50%
легкоплавкая Калининская глина РТ и 50% огнеупорная Ново-Орская глина)
получения клинкерного кирпича с прочностью 580-648 кг/см 2 или марки «500» и
«600».