автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Технология и дизайн лицевых изделий стеновой керамики на основе кремнистых опоковидных пород

На правах рукописи

Ляпунова Кира Алексеевна

ТЕХНОЛОГИЯ И ДИЗАЙН ЛИЦЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КРЕМНИСТЫХ ОПОКОВИДНЫХ ПОРОД

05.23.05 - Строительные материалы и изделия 17.00.06 - Техническая эстетика и дизайн

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

14 ОКТ 2013

005535656

Ростов-на-Дону-2013 г.

005535656

Работа выполнена на кафедре «Строительные материалы» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Ростовский государственный строительный университет»

Научный руководитель: Котляр Владимир Дмитриевич,

доктор технических наук, доцент

Официальные оппоненты: Гурьева Виктория Александровна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет», зав. кафедрой «Технология строительного производства» (05.23.05)

Соколова Марина Леонидовна

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет приборостроения и информатики», профессор кафедры «Компьютерный дизайн» (17.00.06)

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова»

Защита состоится 15 ноября 2013 в 12— часов на заседании диссертационного совета Д 212.207.02 при Ростовском государственном строительном университете по адресу: 344022, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162, РГСУ, главный корпус, ауд. 111.

Тел/факс. (863)201-90-57. e-mail: dis_sovet_rgsu@mail.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ростовского государственного строительного университета.

Автореферат разослан «14» октября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент

А.В. Налимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

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 со-

здать 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 опоко-видного 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.

1. 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.

2. Разработана укрупненная классификация изделий стеновой керамики сложной формы с учётом особенностей дизайна и назначения, включающая 5 групп изделий.

3. 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.

4. Предложен новый дизайн и сложные формы изделий стеновой керамики компрессионного формования для различных архитектурных элементов и комбинаторных решений.

5. Выявлены закономерности формообразования и цветовых решений в дизайне изделий стеновой керамики, основанные на выделенных нами основополагающих факторах.

6. 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.

1. 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 обладают низкой плотностью (от 1200 до 1600 кг/м3) и теплопроводностью (0,350,50 Вт/м -°С), необходимой для лицевых изделий морозостойкостью.

2. 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.

3. 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 рекон-

струкция 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 «ЕХРОР1ИСЖ1ТУ-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 днзайна 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.); НПК 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.); Ш 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.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность задачи, излагаются цель исследований, конкретные задачи, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе даётся краткий исторический обзор развития производства лицевых изделий стеновой керамики в различных аспектах. Приводится анализ существующих классификационных схем. Уделяется особое внимание развитию дизайна и выделяются факторы, обуславливающие его развитие. Определяются основные тенденции и задачи в производстве лицевых изделий стеновой керамики. Проводится анализ сырьевой базы и различных технологий производства, на основе чего обоснован выбор нетрадиционных сырьевых материалов - кремнистых опоковидных пород и оптимальная технология получения изделий - компрессионное формование. Обращается внимание на значение цвета в архитектуре и особенности получения лицевого керамического кирпича различной окраски. На основе чего определяются цель и задачи исследований. Отмечается большой вклад ряда учёных в развитие теории и практики производства стеновой керамики: М.Г. Лундиной, В.А. Гурьевой, Г.Д. Ашмарина, В.З. Абдрахимова, РЛ. Попильского, Д.Н. Полубояринова, В.А. Кондратенко, Л.Л. Масленниковой, ПЛ. Гузмана, М.Г. Габидуллина, П.И. Боженова, В.А. Езерского, А.Ю. Столбоушкина, А.З. Золотарского, Г.И. Стороженко, А.П. Зубехина, И.А. Альперовича, В.Д.Котляра, Р. Грима, У.Д. Кингери, М.А. Андерсона, У. Уоррела, и других отечественных и зарубежных учёных. Также отмечаются учёные, на основе трудов которых дизайн изделий стеновой керамики получает дальнейшее развитие: В.И. Куманин, М.Л. Соколова, М.С. Кухта, И.В. Мигалина, Н.П. Овчинникова, В.Н. Ткачев, Е.С. Пронин и др.

Во второй главе представлена разработанная структурно-методологическая схема проведения исследований на стыке технологии и дизайна стеновой керамики. Обоснован выбор сырьевых материалов - месторождений сред-неглинистых, глинистых и карбонатных опок юга России, Поволжья, центра европейской части России, имеющих широкое распространение в природе и подходящих для производства лицевого кирпича. Базовыми при проведении исследований послужили опоки Степан-Разинского, Авило-Фёдоровского (северный участок), Шевченковского и Журавского месторождений. Также во второй главе представлены методики проведения лабораторно-технологических

исследований и разработанная нами методика поиска дизайнерских решений для стеновой керамики, основанная на опыте прошлого, технологических возможностях, сырьевой базе, особенностях современного строительства.

В третьей главе представлены результаты исследований вещественного состава и структурных характеристик базовых месторождений опоковидного сырья, его керамические свойства при компрессионном способе формования изделий сложной формы и преобразования, происходящие при обжиге. В таблице 1 представлен химический состав базовых месторождений опок.

Таблица 1 - Химический состав опоковидного сырья, % по массе

Наименование месторождения опок Литолого-технологический вид опок П.п.п. БЮг АЬО, Ре2Ох СаО ЭОз К20 Ка20

^тепан-Разинское Среднеглинистые 4,96 [76,03 8,15 5,49 1,22 1,34 0,31 1,53 0,61

Шевченковское Глинистые 5.25 71,53 12,49 4,27 1,95 1,09 0,45 1,83 10,69

Журавское Карбонатные греднеглинистые 8,28 66,18 10,54 2,97 8,55 0,95 0,30 1,42 0,62

\вило-Фёдоров-жое (Сев. уч-к) Карбонатные глинистые 6,27 68,41 11,74 4,30 5,83 0,64 0,1 1,89 0,46

Отмечается, что опоковидное сырьё отличается разнообразием состава. В изученных разновидностях опок содержание опалового кремнезёма составляет 25-55 %, глинистых минералов 20-45 %, тонкодисперсного кальцита - от долей процента до 20 %, кварца - до 10 %, слюды до 6-8 %, глауконита - до 6 %. На рисунке 1 представлены рентгенограммы данных видов опок. По дифракционным максимумам на рентгенограммах опок чётко диагностируются опал-кристобалит, кварц, кальцит, глинистые минералы, глауконит, цеолиты, слюды. Дифференциально-термогравиметрический анализ подтвердил полиминеральный состав опок и сложные преобразования, происходящие при обжиге.

Исследования показали, что для опоковидного сырья наиболее приемлемым является способ компрессионного формования изделий. Пресс-порошки на основе опок имеют существенные отличия от других видов пресс-порошков применяемых в керамике. Состоят они из зёрен полиминерального состава с высокой микропористостью, насыпная плотность - в пределах от 700 до 1000 кг/м3, обладают высокой влажностью при сохранении сыпучести - до 26 % (относит, влажность). При увеличении влажности зёрна агрегируются в гранулы, разрушающиеся при низких давлениях, а сами зёрна не разрушаются в процессе прессования. Поэтому определяющим для регулирования свойств по-

лучаемых изделий является именно зерновой состав с оптимальным составом для плотнейшей упаковки.

а)Г

Т111 II I )|

а) Авило-Фвдоровское, б) Шевченковское, в) Журавское и г) Степан-Разинское

Рис. 1. Рентгенограммы опок При формовании изделий сложной формы необходима повышенная

влажность для достижения равноплотности изделий. Оптимальный интервал влажности легко определять на графиках зависимости средней плотности в пересчёте на твёрдую фазу от влажности пресс-порошка и давления прессования (компрессионные кривые). Для примера, на рисунке 2 приведены зависимости средней плотности образцов без учёта влаги для опоки Степан-Разинского и Журавского месторождений при зерновом составе 0-1 мм. Для изделий сложной формы оптимальными значениями влажности пресс-порошков должны быть значения немного меньше тех, когда при повышении давления прессования плотность уже не растёт. Это говорит о том, что масса уже обладает достаточной подвижностью для равномерного заполнения всего объёма пресс-формы и достижения равноплотности. К примеру, для опоки Журавского месторождения это значения 22-26 % при давлениях прессования 10-35 МПа, для опоки Авило-Фёдоровского месторождения 16-22 % при давлении прессования 1530 МПа.

Как видно, более влажные пресс-порошки достигают максимума уплотнения при более низких давлениях прессования, менее влажные пресс-порошки при более высоких давлениях прессования. Определение разноплотности прессовок, что очень важно для изделий сложной формы, показало, что с момента, когда давление увеличивается, а плотность прессовки не изменяется плотность образцов по всему объёму практически одинакова.

а) Степан-Разинское месторождение б) Журавское месторождение

Рис. 2. Влияние влажности пресс-порошка и давления прессования на плотность образцов на основе опоки

Важным свойством изделий стеновой керамики является прочность. Как

установлено, определяющими факторами для прочности обожжённых изделий является вещественный состав сырья (чем больше в сырье легкоплавких примесей. тем интенсивней спекание и прочность выше), степень уплотнения пресс-порошка. степень измельчения исходного сырья и темперагура обжига. Для примера, на рис. 3 приведены зависимости влияния степени уплотнения на прочность образцов для Степан-Разинской и Журавской опок.

Рис. 3. Влияние влажности пресс-порошка и давления прессования на прочность образцов из опоки Степан-Разинского (а) и Журавского месторождений (б)

При изменении степени измельчения исходного сырья прочность образцов существенно изменяется. Так. при всех прочих равных условиях, прочность образцов при зерновом составе 0-0.25 мм в 1.5-2.2 раза больше чем при зерновом составе 0-2 мм. На рисунке 4 для примера приведён график зависимости предела прочности при сжатии образцов для опоки Журавского месторождения при температуре обжига 1000 °С.

Это закономерно, т.к. лисперсность материала является существенным фактором спекания. Также при увеличении степени уплотнения увеличивается плотность обожженных образцов. В сравнении с глинистым сырьем она существенно ниже и составляет в среднем от 13 до 1,6 г/см'. Графики зависимости прочности и средней плотности обожженных образцов от влажности пресс-порошка и давления прессования адекватны графикам изменения средней плотности прессовок. При увеличении плотности пористость и водопоглошение пропорционально снижаются.

I 50

I

* 0

0$

0.25

Стелен» ишельчекия. не бопе*, ми

Р»1»ЫП» ОППОЧ »«»мл*

Рис. 4. Зависимость прочности обожженных образцов от степени измельчения опоки Журавского месторождения

Существенное влияние на свойства обожженных изделий оказывает температура обжига. Для опоковидного сырья характерна почти прямая зависимость - с увеличением температуры обжига прочность возрастает вплоть до признаков пережога (рис. 5). Соответственно при этом увеличивается плотность, огневая усадка и снижается водопоглошение. повышается морозостойкость.

Тппгн.р. <

м.«С

- О»« «ОТ МП Г ОриМ ДГММ-

-С|гу» Рцмк «о» «мегоромедеине

Рис. 5. Влияние температу ры обжига на предел прочности при сжатии Физико-химические преобразования, происходящие при обжиге опок характеризуются следу ющей последовательностью: удаление свободной влаги (до 200 °С); выгорание тонкорассеянных органических (250-350 °С); удаление кон-

ституционной влаги опалового кремнезёма и глинистых минералов (400-700 °С); полиморфные преобразования кварца; разложение карбонатов в опоках, содержащих кальцит (около 800 °С); спекание с образованием жидкой фазы (900-950 °С). С повышением температуры обжига, особенно при температурах выше 1000 °С, возрастает степень кристалличности опал-кристобалита. Минералами обожжённых карбонатных опок помимо кристобалита являются волла-стонит, геленит, анортит.

Четвёртая глава диссертационной работы посвящена дизайну лицевых изделий стеновой керамики сложной формы. Здесь рассмотрены и выделены основные закономерности формообразования и цветовых решений в дизайне изделий стеновой керамики: функциональность; возможности архитектурно-дизайнерских решений фасада или деталей; соответствие общим критериям моды и стилей; рациональность и целесообразность; эргономичность; подбор оптимальных сырьевых материалов; выбор технологии производства; унификация; тираж изделий; комбинаторность, технологичность и экономичность кладки; учёт новейших технических возможностей оборудования; поливалентность; цветовые решения; особенности индивидуального заказа.

Большой раздел посвящён дизайну лицевых изделий стеновой керамики сложной формы компрессионного формования. Впервые предложена научно-обоснованная классификация разновидностей лицевого кирпича по форме и назначению. По формообразующим признакам и особенностям применения они условно разделены на 5 групп: постельные формы лицевого кирпича; тычковые (плашковые) формы; ложковые (ребровые) формы; стыковые формы; клинчатые (клиновидные) формы. На рисунке 6 показаны некоторые группы.

Разработаны новые и видоизменены ранее известные, но не используемые в настоящее время формы лицевого керамического кирпича с указанием размеров и особенностей деталей. Всего предложено 62 формы лицевого кирпича, которые могут производиться способом компрессионного формования.

Предложены варианты и основополагающие принципы дизайна изделий с учётом цветовых характеристик. Основное внимание уделено традиционной естественной для стеновой керамики палитре - от светло-жёлтого цвета до тёмно-коричневого цвета. Карбонатные разновидности опок дают черепок светлых тонов - бежевый, жёлтый, розовый, некарбонатные - оранжевые, красные, красно-коричневые. Светлый черепок легче окрашивается в массе, с

ним можно получать разнообразные чистые цвета и оттенки. В дальнейшем, путем введения пигментов, природной железной и марганцевой руды, отходов газоочистки

Рис. 6. Формы лицевого кирпича: постельные - клинчатый и бриллиантовый руст, с параболическим рельефом (а); тычковые (плашковые) - с полуциркульным врезом, «трапеция» (в); ложковые (ребровые) - каннелированный полукруглый (в); стыковой со скошенным углом и скошенным половинчатым углом (г); клинчатый каннелированный (д)

металлургического производства, отходов гальванических производств, природной тймноокрашенной глины и т.д., могут быть получены изделия более тёмных тонов. Таким образом, цветовая палитра будет меняться от светло-желтого до темно-коричневого цвета со всеми переходными полутонами. При этом сами изделия могут быть окрашены как равномерно, так и с цветовыми переходами - эффектом «деграде». На рисунке 7 показаны варианты фигурного постельного кирпича в бежевых тонах. Предложены варианты и научно-обоснованные основополагающие принципы архитекту рно-комбинаторных решений для предлагаемых изделий стеновой керамики, где с учетом форм изделий. а также цвета, достигается большое разнообразие кладок и возможность существенного расширения архитектурно-дизайнерских решений.

а

г

б

Рис. 7. Фигу рный постельный керамический кирпич с вариантом светлой окраски в бежевых тонах

Архитекторы получают возможность создания интересных проектов с

новым индивидуальными решениями фасадов зданий. На рисунках 8 и 9 показаны некоторые варианты архитектурно-комбинаторных решений кладки из фигурного кирпича в жёлто-бежевых и коричневых тонах. Широкие возможности в диссертационной работе показаны для применения фигурного кирпича в дизайне экстерьера, интерьера, ландшафтного дизайна.

Рис. 8. Цепное соединение на примере фигу рного стыкового кирпича с угловым врезом и рядового лицевого кирпича (а); крестовая кладка на примере фигурного постельного кирпича с параболическим рельефом и рядового лицевого кирпича с изменением направления рельефа и цветового решения (б)

В пятой главе приведены разработанные технологические схемы производства лицевого кирпича сложной формы на основе опоковидного сырья, которые позволяют максимально использовать отечественное оборудование. Приведены результаты опытно-промышленных испытаний и результаты внедрения предложенных разработок, которые показали высоку ю перспективность. Выпускаемый кирпич характеризуется следующими показателями: марка по прочности М125-200; средняя плотность - 1200-1550 кг/м1; водопоглощение 10-24 %; марка по морозостойкости Р50 и выше. Для гарантированной

морозостойкости, придания насыщенности цвета, лучшей стойкости против загрязнения мы рекомендуем обрабатывать лицевые фан и фигурного кирпича специальными гидрофобными составами: к примеру, гидрофобизаторы ВВМ-М-7 производства ЗАО "МАВИКС" и ЕтсерИоЬ АС-\У» производства компании «Эм-Си Баухеми Раша». Они сохраняют паро- газопроницаемость кирпича и препятствуют проникновению воды снаружи.

Рис. 9. Фигурная кладка с применением лицевого кирпича с ромбовидным рельефом

Представлен анализ технико-экономической эффективности использования опоковидных пород для производства лицевых изделий стеновой керамики сложной формы. Подчеркивается, что экономический эффект использования опоковидных пород в данном направлении складывается из экономического эффекта от собственно производства изделий, так и от их использования.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. На основе технико-экономического анализа выбрано нетрадиционное сырье для производства лицевых стеновых керамических изделий сложной формы - это глинистые и карбонатные разновидности кремнистых опоковидных пород, определена оптимальная технология производства, заключающаяся в полусухой подготовке пресс-порошка и компрессионном формовании изделий.

2. Установлено, что пресс-порошки иа основе опок характеризуются пониженной насыпной плотностью и высокой влажностью при сохранении сыпучести. Прессуются они в широком интервале влажности. Учитывая сложную форму изделий и необходимость достижения равноплотности и пропрессовы-ваемости по всему оОъему изделия, пресс-порошки должны обладать повышенной влажностью (относит.) - от 16 до 26 % в зависимости от вида опоковидного сырья. Определена строгая закономерность - с увеличением влажности образцы становятся более равноплотными. Пределом является состояние критиче-

ской влажности, т.е. когда при увеличении давления прессования коэффициент сжатия и плотность прессовок не увеличиваются.

3. Определено, что основными факторами, влияющими на физико-технические свойства изделий, являются вещественный состав исходного сырья, степень уплотнения пресс-порошка, степень измельчения исходного сырья (от фракции 0-0,5мм до фракции 0-2 мм), и температура обжига, приемлемый интервал которой для опок составляет 950-1050 °С. Варьируя эти технологические параметры, которые являются полностью взаимозависимыми, можно получать изделия с заданными свойствами. Обожжённые изделия на основе опо-ковидных пород обладают высокой прочностью для стеновых изделий (20-40 МПа) и пониженной средней плотностью (1300-1600 кг/м3). Карбонатные опоки дают после обжига светло-жёлтый, жёлтый, бежевый, розовый цвет изделий. Некарбонатные опоки - оранжевый, светло-красный, красно-коричневый, коричневый цвет.

4. Определены физико-химические и минералогические преобразования, происходящие при обжиге опок: удаление свободной влаги (до 200 °С); выгорание тонкорассеянных органических (250-350 °С); удаление конституционной влаги опалового кремнезёма и глинистых минералов (400-700 °С); полиморфные преобразования кварца; разложение карбонатов (около 800 °С); спекание с образованием жидкой фазы (900-950 °С). С повышением температуры обжига, особенно при температурах выше 1000 °С, возрастает степень кристалличности опал-кристобалита. Минералами обожжённых карбонатных опок помимо кри-стобапита являются волластонит, геленит, анортит.

5. Выделены основные закономерности, влияющие на формообразование: функциональность; возможности архитектурно-дизайнерских решений фасада или деталей; соответствие общим критериям моды и стилей; рациональность и целесообразность; эргономичность; экономичность; подбор оптимальных сырьевых материалов; выбор технологии производства; унификация; тираж изделий; комбинаторность, технологичность и экономичность кладки; учёт новейших технических возможностей оборудования; поливалентность; цветовые решения; особенности индивидуального заказа.

6. Впервые предложена научно-обоснованная классификация разновидностей лицевого кирпича по форме и назначению. По формообразующим признакам и особенностям применения они условно разделены на 5 групп: по-

стельные формы лицевого кирпича; тычковые (платковые) формы; ложковые (ребровые) формы; стыковые формы; клинчатые (клиновидные) формы. Разработаны новые и видоизменены ранее известные, но не используемые в настоящее время формы лицевого керамического кирпича с указанием размеров и особенностей деталей. Всего предложено 62 формы лицевого кирпича, которые могут производиться способом компрессионного формования.

7. Предложены варианты и основополагающие принципы дизайна изделий с учётом цветовых характеристик. Основное внимание уделено традиционной естественной для стеновой керамики палитре - от светло-жёлтого цвета до тёмно-коричневого цвета. Предложены варианты архитектурно-комбинаторных решений для предлагаемых изделий, где с учётом форм и цвета изделий, достигается большое разнообразие кладок и возможность существенного расширения архитектурно-дизайнерских решений. Архитекторы получают возможность создания проектов с новыми индивидуальными решениями фасадов зданий.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах: Статьи в ведущих научных журналах рекомендуемых ВАК

1. Лапунова К.А. Исторические аспекты дизайна изделий стеновой керамики / К.А. Лапунова // Дизайн. Материалы. Технология. — 2010. - №1 (12). -С. 89-94.

2. Лапунова К.А. Технологические особенности опок как сырья для стеновой керамики / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова // Известия вузов. Строительство. - 2009. - № 11-12.-С. 25-31.

3. Лапунова К.А. Дизайн формы архитектурной стеновой керамики в историческом аспекте / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр // Вестник МГСУ. - 2009. - № 4.-С. 148-153.

4. Лапунова К.А. Дизайн архитектурно-строительной керамики в историческом аспекте / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр // Науковедение. Интернет-журнал. - 2013. -№ 3(16). Идентификационный номер статьи: 21ТРГСУ313.

5. Лапунова К.А. Фигурный керамический кирпич на основе опок: классификация и производство / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Ю.В. Терёхина // Строительные материалы.-2011.-№ 12.-С. 17-19.

6. Лапунова К.А. Перспективы производства фигурного керамического кирпича на основе опок / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Ю.В. Терёхина // Инженерный Вестник Дона. Электронный журнал (http://www.ivdon.ru) - 2012. - №3.

Патенты на изобретения и полезные модели

1. Патент на полезную модель № 57667 (RU). Строительные изделия / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк - Опубл. 2006, Бюл. № 30.

2. Патент на полезную модель № 70188 (RU). Строительное изделие на основе кремнистых пород / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк. и др. -Опубл. 2008, Бюл. № 2.

3. Патент на полезную модель № 91311 (RU). Строительное изделие / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк и др. - Опубл. 2010, Бюл. № 4.

4. Патент на полезную модель № 72479 (RU). Строительный кирпич / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк и др. - Опубл. 2008, Бюл. №11.

5. Патент на полезную модель № 60023 (RU). Технологическая линия для производства керамических стеновых материалов / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Г.Н. Иванюта и др. - Опубл. 2007, Бюл. № 1.

6. Патент на полезную модель № 84299 (RU). Технологическая линия для производства керамических материалов / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Б.В. Талпа и др. - Опубл. 2009, Бюл. № 19.

7. Патент на полезную модель № 84300 (RU). Технологическая линия для производства керамических материалов / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Ю.В. Терёхина и др. - Опубл. 2009, Бюл. № 19.

8. Патент на изобретение № 2303020 (RU). Керамическая масса / К.А. Лапунова, Г.Н. Иванюта, В.Д. Котляр и др. - Опубл. 2007, Бюл. № 20.

9. Патент на изобретение № 2354628 (RU). Керамическая масса / В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк, Е.А. Цветкова и др. - Опубл. 2009, Бюл. № 13.

Материалы конференций и другие издания

1. Лапунова К.А. Особенности процесса прессования при производстве стеновой керамики на основе кремнисто-карбонатных опоковидных пород / В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк, К.А. Лапунова // Труды XV Междунар. науч.-практ. конф. «Современные техника и технологии». - Томск: ТПУ. - 2009. -том 2.-С. 17-18.

2. Лапунова К.А. К вопросу о классификации опаловых кремнисто-карбонатных пород как сырья для производства стеновой керамики / В.Д. Котляр, А.Г. Бондарюк, К.А. Лапунова // Материалы V Междунар. конф. «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов». Волгоград: ВолГАСУ. - 2009. - С. 146-151.

3. Лапунова К.А. Дизайн и технология фигурного прессованного керамического кирпича на основе кремнистых опоковидных пород / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, A.C. Лещинская // Труды XV МНПК студентов и молодых ученых «Современные техника и технология», ТПУ. - 2009. - Т 3, С. 421-423.

4. Лапунова К.А. Пути развития архитектурно-строительной керамики / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, A.B. Козлов // Сборник докладов VII НПК по направлению «Технология художественной обработки материалов», Златоуст. -2004.-С. 36-38.

5. Лапунова К.А. Основные тенденции в развитии лицевой стеновой керамики / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Ю.А. Алёшина // Межвузовский сборник научно-методических трудов «Дизайн и технология художественной обработки материалов», МГУПИ. - 2006. - Вып. 14. С. 48-51.

6. Лапунова К.А. Дизайн и виды керамического кирпича в строительной истории человечества / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр // Материалы ХП Всероссийской НПК по специальности «Технология художественной обработки материалов», РГСУ. - 2009. - С. 80-85.

7. Лапунова К.А. Роль профильного лицевого кирпича в современном архитектурном дизайне /К.А. Лапунова, В.Д. Котляр // Материалы МНТК «Наука и технология строительных материалов: состояние и перспективы развития», г. Минск, БГТУ. - 2009. - С. 33-37.

8. Лапунова К.А. Технология и значение фигурного керамического кирпича в современном архитектурном дизайне / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Ю.В. Терёхина // Материалы XTV Всероссийской НПК с международным участием по специальности «Технология художественной обработки материалов», Архангельск. - 2011. - С. 81-84.

9. Лапунова К.А. Роль цвета для лицевого керамического кирпича/В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, A.A. Михайлова //Материалы МНПК «Строительство - 2006», г. Ростов-на-Дону. - 2006. С. 67-69.

10. Лапунова К.А. Дизайн кирпича. Его роль в архитектурно-строительной керамике / К.А. Лапунова // Материалы МНПК «Строительство-2007», г. Ростов-на-Дону, РГСУ. - 2007. С. 6-8.

11. Лапунова К.А. Дизайн и перспективы развития архитектурно-строительной керамики / К.А. Лапунова, В.Д. Котляр, Н.В. Юргель, О.Д. Бело-волова // Труды XIII Международного семинара Азиатско-Тихоокеанской ака-

демии материалов «Строительные и отделочные материалы. Стандарты XXI века», Новосибирск. - 2006. - С. 46-47.

12. Лапунова К.А. Смешанные кремнисто-карбонатно-глинистые породы - перспективное сырьё для лицевого кирпича / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, Д.И. Братский // Тезисы докладов 64-й НТК «Современные строительные материалы и технологии их производства». - Новосибирск. - 2007 г. - С. 12.

13. Лапунова К.А. Аналитический обзор развития отечественной стеновой керамики / К.А. Лапунова, A.C. Новикова // Сборник трудов ХЕХ МНПК студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» СТТ-2013. - Томск: ТПУ. - 2013. - Т. 3. - С. 335-336.

14. Лапунова К.А. Развитие стеновой керамики в технологическом аспекте / К.А. Лапунова, A.C. Бурякова, Я.В. Черевкова //Сборник трудов XIX МНПК студентов, аспирантов и молодых ученых «Современные техника и технологии» СТТ-2013. - Томск: ТПУ. - 2013. - Т. 3. - С. 280-281.

15. Лапунова К.А. Кремнисто-карбонатно-глинистые породы (хлидолиты) перспективное сырьё для стеновой керамики / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, А.Г. Бондарюк // Материалы МНПК «Строительство-2007». - Ростов-на/Д.: РГСУ. -

2007.-С. 61.

16. Лапунова К.А. Значение лицевого кирпича. Виды кладок / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, Ю.С. Алешина // Материалы МНПК «Строитель-ство-2005», - Ростов-н/Д.: РГСУ, - 2005. - С. 11.

17. Лапунова К.А. Разработка сложных форм и технологии лицевого керамического кирпича / К.А. Лапунова, A.C. Бурякова, В.Д. Котляр // Материалы МНПК «Строительстово-2013». - Ростов-на-Дону.: РГСУ. - С. 88-89.

18. Лапунова К.А. О классификации кремнистых пород как сырья для для стеновой керамики / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, Д.И. Братский // Тезисы докладов 64-й научно-технической конференции «Современные строительные материалы и технологии их производства». - Новосибирск. - 2007 г. - С. 11.

19. Лапунова К.А. Фазовые преобразования при термообработке кремнистых пород / В.Д. Котляр, К.А. Лапунова, Иванюта Г.Н., Козлов Г.А. // Известия РГСУ. - 2005. - № 9 .- С. 77-81.

20. Лапунова К.А. Тенденции развития стеновой облицовочной керамики в современном архитектурном дизайне / К.А. Лапунова // Известия РГСУ. -

2008.-№ 12 .-С. 371-372.

Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Тайме». Формат 60x84/16. Объем 1.0 уч.-изд.-л. Заказ № 3146. Тираж 100 экз. Отпечатано в КМЦ «КОПИЦЕНТР» 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Суворова, 19, тел. 247-34-88

Министерство образования и науки Российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Ростовский государственный строительный университет

На правах рукописи

0420136^314

Лапунова Кира Алексеевна

ТЕХНОЛОГИЯ И ДИЗАЙН ЛИЦЕВЫХ ИЗДЕЛИЙ СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ НА ОСНОВЕ КРЕМНИСТЫХ ОПОКОВИДНЫХ ПОРОД

05.23.05 - «Строительные материалы и изделия» 17.00.06 - «Техническая эстетика и дизайн»

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Котляр В.Д.

Ростов-на-Дону - 2013

Содержание

Введение....................................................................................... 5

1. Аналитический обзор развития дизайна и технологии производства лицевой стеновой керамики.............................................................12

1.1. Исторический обзор развития стеновой керамики ..................... 12

1.1.1. Обзор развития стеновой керамики в художественно-историческом аспекте .............................................................................................12

1.1.2. Технологическое развитие стеновой керамики ................................25

1.2. Классификация и применение архитектурно-строительной керамики......29

1.3. Дизайн архитектурно-строительной керамики в историческом аспекте ... 35

1.4. Основные тенденции и задачи развития производства лицевых изделий стеновой керамики...........................................................................46

1.5. Сырьевые материалы и способы производства стеновой керамики.........50

1.5.1. Сырьевые материалы для производства стеновой керамики...............50

1.5.2. Особенности производства лицевого керамического кирпича............ 51

1.5.3. Способы снижения плотности стеновой керамики.............................55

1.6. Значение цвета в архитектуре и способы производства керамического кирпича различной окраски.........................................................................................56

1.6.1. Значение цвета в архитектуре кирпичных зданий....................................56

1.6.2. Получение лицевого керамического кирпича светлой окраски.............59

1.6.3. Способы окрашивания керамического черепка...............................60

1.7. Характеристика кремнистых опоковидных пород ..............................62

1.7.1. Общие сведения....................................................................... 62

1.7.2. Химико-минералогический состав...............................................64

1.7.3. Классификация различных литологических разновидностей опоковидных пород............................................................................................65

1.7.4. Обзор исследований по получению стеновой керамики на основе опоко-видного сырья............................................................................... 67

1.8. Рабочая гипотеза. Цель и задачи исследования..................................68

2. Методология и методики проведения исследований. Обоснование выбора материалов для проведения исследований .....................................70

2.1. Методология проведения исследований.......................................... 70

2.2. Выбор материалов для проведения исследований ..............................71

2.3. Методики проведения лабораторно-технологических исследований....... 72

2.4. Методология поиска дизайнерских решений............................................76

3. Керамические свойства опоковидного сырья при компрессионном способе формования изделий сложной формы..........................................80

3.1. Вещественный состав и структурные характеристики........................ 80

3.1.1. Химический состав.................................................................. 80

3.1.2. Минералогический состав и структурные особенности......................82

3.2. Особенности пресс-порошков на основе опок...................................88

3.3. Прессуемость порошков на основе опок для изделий сложной формы .... 93

3.4. Влияние технологических факторов на свойства обожжённых изделий . 105

3.4.1. Влияние степени уплотнения на прочность...................................106

3.4.2. Влияние степени уплотнения на плотность, пористость и водопоглоще-

ние образцов..................................................................................110

3.4.3 Влияние температуры обжига на физико-механические свойства........115

3.5. Физико-химические и минералогические преобразования, происходящие при обжиге....................................................................................119

3.6. Выводы по главе 3.....................................................................124

4. Дизайн лицевых изделий стеновой керамики сложной формы.............127

4.1. Закономерности формообразования и цветовых решений.....................127

4.2. Разработка дизайна лицевых изделий стеновой керамики компрессионного формования..................................................................................131

4.2.1. Постельные формы лицевого кирпича............................................. 131

4.2.2. Тычковые (плашковые) формы лицевого кирпича..........................147

4.2.3. Ложковые (ребровые) формы лицевого кирпича............................149

4.2.4. Стыковые формы лицевого кирпича............................................154

4.2.5. Клинчатые (клиновидные) формы лицевого кирпича.......................156

4.3. Разработка дизайна изделий с учётом цветовых характеристик .......... 159

4.4. Архитектурно-комбинаторные решения для разрабатываемых изделий .161

4.4.1. Виды кирпичной кладки.......................................................... 161

4.4.2. Виды кладки для предлагаемых форм лицевого кирпича................ 162

4.5. Архитектурный дизайн для разрабатываемых изделий......................169

4.5.1. Применение фигурного кирпича в дизайне экстерьера..................... 169

4.5.2. Применение фигурного кирпича в дизайне интерьера.......................171

4.5.3. Ландшафтный дизайн.............................................................. 173

4.6. Выводы по главе 4....................................................................174

5. Реализация результатов исследований.......................................... 175

5.1. Технологические схемы производства лицевого кирпича сложной формы на основе опоковидного сырья...........................................................177

5.2. Внедрение результатов исследований............................................178

5.3. Экономическая эффективность проведённых исследований............... 180

Общие выводы............................................................................183

Литература.................................................................................... 185

Приложения..................................................................................207

ВВЕДЕНИЕ

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 производствен-

ных затрат при выпуске изделий и их соответствие современным требованиям по теплотехническим, прочностным характеристикам, долговечности, дизайну. Решение этих важных многогранных научно-практических задач позволит создать 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 технологии и дизайна лицевых изделий стеновой керамики сложной формы способом 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 опоко-видного 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 минералогического 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 характеристиками в условиях действующего производства, оценить технико-экономическую целесообразность и эффективность предлагаемых решений.

Научная новизна работы.

1. 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.

2. Разработана укрупненная классификация изделий стеновой керамики сложной формы с учётом особенностей дизайна и назначения, включающая 5 групп изделий.

3. 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.

4. Предложен новый дизайн и сложные формы изделий стеновой керамики компрессионного формования для различных архитектурных элементов и комбинаторных решений.

5. Выявлены закономерности формообразования и цветовых решений в дизайне изделий стеновой керамики, основанные на выделенных нами основополагающих факторах.

6. 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 методик с использованием сертифицированного и поверенного оборудования, применением математических методов планирования экспериментов, опытно-промышленными испытаниями и результатами практического внедрения.

Практическая значимость работы.

1. 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 обладают низкой плотностью (от 1200 до 1600 кг/м3) и теплопроводностью (0,350,50 Вт/м -°С), необходимой для лицевых изделий морозостойкостью.

2. 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.

3. 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 реконструкция нескольких кирпичных заводов для возможности выпуска кирпича сложной формы и использования опоковидного сырья в качества 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 задан