Аэрокерамика: новое воплощение кирпича

Зачем изобретать колесо? Эту фразу произносят, чтобы подчеркнуть отсутствие необходимости что-то придумывать в конкретной ситуации. Но при этом редко задумываются о том, какой огромный эволюционный путь прошло колесо с 3 500 года до н.э.

Возможно ли сегодня представить тот самый каменный диск, например, на автомобиле? Современное колесо абсолютно всем, кроме округлой формы, отличается от своего месопотамского предка, благодаря нескольким сотням различных преобразований. Такие разительные перемены случились со всеми глобальными изобретениями человечества. Новое поколение изобретателей трансформирует давно известные технологии под появляющиеся потребности.

Кирпич тоже кажется незыблемой строительной константой, но лишь для тех, кто не имеет непосредственного отношения к этой отрасли. Специалисты прекрасно знают, что свойства кирпича постоянно совершенствуются, именно по этой причине многие века он остается столь популярным материалом для возведения и украшения зданий.

Поэтому появление аэрокерамики можно считать закономерностью и удивительным событием одновременно. Закономерно, что кирпич получил свое следующее воплощение. Удивительно, каким именно он получился, благодаря грамотному использованию воздуха. Кто знает, может быть однажды даже фраза о строительстве воздушных замков станет менее эфемерной.

1. История создания аэрокерамики
2. Свойства аэрокерамики и сущность метода ее производства
3. Область применения аэрокерамики

 История создания аэрокерамики

Воздушная керамика или аэрокерамика – это новый легкий, прочный, экологически безопасный, хорошо поддающийся обработке строительный материал из обожженной глины с высокопористой структурой. Он появился в 2016 году, в Санкт-Петербурге, как результат научно-исследовательских экспериментов на базе Испытательного центра ГК «Глобал ЭМ».

Интерес к разработке кирпича с новыми свойствами возник в ходе работ по испытанию современных материалов на строительных площадках и в лаборатории. Сотрудников центра заинтересовала возможность создать технологию производства облегченного керамического материала, не уступающего кирпичу по свойствам, но экономичного и эффективного как в производстве, так и в применении.

Поскольку оборудование лаборатории и опыт ее коллектива позволяли произвести как исследовательскую, так и экспериментальную части работы, было принято решение о создании научной группы. Ее задачей стало изучение структуры вещества для понимания возможности расширения его технических параметров за счет управления поведением внутренних воздушных частиц.

В ходе исследований был скрупулезно изучены труды советских ученых-химиков 20-х годов прошлого века по созданию керамического материала с высокопористой структурой, а также огромное число материалов, посвященных проблеме разработки легкой пористой керамики, пенокерамики, ее свойствам, качествам и недостаткам производства. Не остались без внимания опыты современных белорусских коллег, которые даже выпустили небольшую экспериментальную партию, а также разработка московских изобретателей, в основе которой лежит использование карбида кремния, как газообразователя.

Главная сложность, которую предстояло решить, заключалась в поиске баланса, ведь прочные материалы теплопроводны, то есть не сохраняют тепло, тогда как легкие, гигроскопичны и не обладают высокой прочностью.

Для решения проблемы следовало добиться того, чтобы воздух в структуре материала был распределен равномерно. От размера и формы воздушных пор, а также их распределения в структуре материала зависит его прочность и сопротивляемость проникновению влаги, а значит целостность, легкость готового изделия и его способность удерживать тепло внутри.

В итоге нескольких лет исследований и экспериментов, поиска новых химических рецептур и их испытаний, появились первые опытные образцы. И были созданы сразу две технологии: открытых и закрытых пор. Для производства воздушной керамики для внутренних и фасадных работ соответственно.

Технология запатентована 7 июля 2017 года за № 2621796. На данный момент она не имеет мировых аналогов.

Свойства аэрокерамики и сущность метода ее производства

Как было сказано, воздушная керамика – это облегченный керамический строительный материал, который не уступает по прочности, теплопроводности, экологической безопасности кирпичу, но обладает дополнительно иными свойствами.

Согласно реферату патента: «в состав сырьевой смеси входит глинистый компонент, вода, порообразующая, разжижающая, отощающая, армирующая и окрашивающая добавки. При помощи скоростного смесителя сырьевую под избыточным давлением смесь превращают в аэрированную глиняную массу, которую формуют, сушат, подвергают резке, обжигают, а затем охлаждают и подвергают обработке. Изобретение позволяет уменьшить длительность технологического процесса изготовления изделий за счет использования глинистого компонента на основе глинистых пород, снизить трудоемкость технологических операций и изготавливать изделия с равномерно окрашенной по объему структурой и/или с декоративными и защитными покрытиями, а также с распределенными по всему объему сферическими порами».

Метод производства аэрированных керамических изделий состоит из нескольких стадий:

1. Приготовление сырьевой смеси из глинистого компонента, воды и добавок. Важно, что глинистый компонент состоит из нескольких пород различного минерального и химического состава в измельченном состоянии с максимальным размером частиц не более 30,5 мм. Его влажность устанавливается не более 75%. Такой глинистый компонент удерживает компоненты равномерно распределенными, образовывает ячеистую структуру при аэрировании, сохраняет форму после сушки и приобретает свойства камня при обжиге.
2. Приготовление и аэрация глиняной массы. Смесь подвергается перемешиванию в скоростном смесителе с частотой вращения до 3400 оборотов в минуту при температуре не более 85°С до момента равномерного распределения всех компонентов. Затем в смеситель подается сжатый воздух не более 7 атмосфер для аэрирования смеси и достижения ею плотности более 150 кг/м³.
3. Формирование и сушка аэрированной глиняной массы. Для формовки используются жесткие формы, смазанные специальными составами, уменьшающими адгезию. Оптимальным режимом сушки изделий является показатель критического градиента влажности, т.е. разница влажности между ее центром и поверхностью, отнесенная к единице длины. После сушки, в случаях необходимости подготовки поверхности к нанесению декоративного и/или защитного покрытия, производится ее увлажнение.
4. Резка высушенной аэрированной глиняной массы. После сушки производится резка на готовые изделия, причем побочные продукты резки используются в производстве повторно в составе глинистого компонента.
5. Обжиг нарезанных изделий. Термическая обработка производится при температуре не более 1650°С, а режим рассчитывается исходя из свойств компонентов сырьевой смеси. В ходе обжига изделия новые основные физико-механические свойства.
6. Охлаждение обожженных изделий. После охлаждения готовым изделиям, в случае необходимости, придается определенная геометрическая форма, а затем производятся обеспыливание и упаковка.

Методика производства позволяет воздушной керамике получить следующие свойства:

• коэффициент конструктивного качества от 4,1 до 30,8;
• коэффициент размягчения от 0,81 до 0,99;
• коэффициент теплопроводности от 0,04 до 0,51 Вт/(м⋅С);
• размер распределенных по всему объему сферических пор менее 5 мм;
• средняя плотность менее 1000 кг/м^3;
• водопоглощение от 30 до 0,2%;
• морозостойкость более чем 100 циклов, с маркой по морозостойкости не менее F35;
• класс пожарной опасности К0 и предел огнестойкости REI240;
• химическую и биологическую инертность;
• устойчивость к ультрафиолету.

 Область применения аэрокерамики

 Воздушная керамика не является аналогом и, тем более, заменой традиционному керамическому кирпичу или пенобетону. Она создана для расширения возможностей современного строительного рынка. Сегодня для застройщиков важны скорость монтажа, качество и экологичность материала, сокращение затрат в процессе строительных работ и в период эксплуатации. Но выбирать материал следует, исходя из задач и целей проекта, в любом случае.

Что нового может дать аэрокерамика рынку?

1. Быстрый и экономный выпуск облегченного кирпича, теплоизоляционных плит, конструкционных блоков, декоративных перегородок, мельчайших элементов внутреннего декора.
2. Существенную экономию в ходе реализации проекта, например, за счет фасадного утеплителя и штукатурных смесей, а значит дополнительную полезную площадь внутри зданий.
3. Экономию в ходе эксплуатации объекта, если аэрированный материал применен в качестве облицовочного фасадного элемента, благодаря его защитным свойствам.
4. Решение задач по замене фрагментов кирпичных зданий, воссозданию утраченных элементов декора в ходе реставрационных работ.
5. Возможность «играть с формами»: устраивать консольную кладку, использовать такой кирпич в качестве элементов при строительстве с применением 3D принтеров, создавать торцевые, крестовые, угловые соединения, даже возводить строительные конструкции без использования связующих растворов.
6. Легкость в выборе декоративно-цветового решения как для самого кирпича, так и для его поверхности, а также легкость обработки готового изделия, вплоть до распила обыкновенной ножовкой.