Керамическая плинфа для санации исторических зданий
В Минске идет воссоздание исторического центра города. Из каменных зданий, построенных во второй половине XIX века в самом популярном в XIX–ХХ столетиях стиле модерн, сохранились два дома на площади Независимости, на улице К. Маркса и несколько домов на улице Кирова. Они, хотя и нуждаются в реставрации, находятся в удовлетворительном состоянии и до сих пор имеют выразительные черты того времени.
Поскольку реставрационные работы должны вестись с помощью материалов близких к аутентичным, сотрудниками кафедры технологии стекла и керамики УО «Белорусский государственный технологический университет» совместно с работниками УП «Комбинат декоративно прикладного искусства им. А. М. Кищенко» проведен комплекс мероприятий по разработке составов масс и технологии производства керамической плинфы – материала, используемого зодчими в XIX–ХХ веках при сооружении кирпичных зданий.
Исследования структуры и основных физико-химических свойств образцов-оригиналов плинфы, снятой с реставрируемого старинного кирпичного здания, расположенного в Минске по адресу улица Кирова, 5, показали, что водопоглощение образцов составляет 18,8%, кажущаяся плотность – 1710 кг/м3;
открытая пористость – 32%. Структура образцов неоднородная, слоистая. Цвет черепка меняется от слоя к слою и представлен бежевым, кремовым и красновато-кремовым тонами. Основной объем структуры заполнен дегидратированным глинистым веществом.
Очевидно, что при изготовлении плинфы были использованы различные виды глин или глина, неоднородная по своему химико-минералогическому составу. Высокое водопоглощение черепка указывает на низкие эксплуатационные характеристики материала.
Достичь требуемого декоративного эффекта по цвету и фактуре при производстве плинфы, предназначенной для проведения реставрационных работ, возможно как при использовании глин различной природы, так и за счет введения в составы масс на основе красножгущихся глин отбеливающих добавок. В технологии керамики для получения керамического черепка красного, коричневого тонов в состав шихты вводят сырьевые материалы, содержащие оксиды железа. Светлые тона изделий кремового и желтоватых оттенков обеспечиваются введением в шихту материалов, содержащих оксид кальция.
Для получения заданного цвета в работе проведены экспериментальные исследования по определению количественного соотношения различных видов глин и мела в составах керамических масс. В качестве красножгущихся глин в работе были использованы глины «Гайдуковка», «Лукомль» и «Николаевка», отличающиеся как по химическому и минеральному составу, так и по технологическим свойствам. Так, содержание красящих оксидов в глинах: Fe2O3 – колеблется в пределах 4,49–7,44% (здесь и далее по тексту массовое содержание); CaO – 1,93–8,16%; TiO2–0,48–0,94%. В экспериментальных составах для отбеливания керамических масс использован мел волковысский в количестве 3–10%.
Синтез керамических материалов осуществляли методом пластического формования с сухим способом подготовки глинистого сырья и шихты. Глинистое сырье после предварительного грубого измельчения высушивалось до остаточной влажности 1–2% в сушильном шкафу при температуре 100–110оС. Затем измельченные глинистые компоненты шихты просеивались через сито с сеткой № 2, перемешивались с мелом и затворялись водой до нормальной формовочной влажности. После вылеживания в течение трех суток из масс готовились образцы и в течение двух суток подвяливались в помещении лаборатории, а затем высушивались в сушильном шкафу при температуре 100оС до постоянной массы. С целью воспроизведения текстуры оригинала-образца плинфы пластические массы разных составов смешивались в равных количествах и из них готовились образцы. Обжигались образцы в электрической печи при температурах 1000 и 1050оС, скорость подъема температуры составляла 200оС/ч.
Из синтезированных образцов по цветовым характеристикам, оцененным визуально по шкале 1000-цветного атласа ВНИИ им. Д.И. Менделеева, наиболее близкими к образцам-оригиналам плинфы реконструируемого здания являются составы, обеспечивающие получение светло-коричневого 3.3–2/6 цвета (состоит из 80% глины «Гайдуковка» и 20% глины «Николаевка») и желтовато-кремового 4.7–10/2 цвета (состоит из 90% глины «Гайдуковка» и 10% мела волковысского). По совокупности технологических свойств составы соответствуют требованиям СТБ 1160‑99 «Кирпич и камни керамические», обеспечивая высокие технические характеристики образцов.
Результаты определения физико-химических свойств образцов оптимальных составов показывают, что на их основе при температуре обжига 1050оС возможно получение материалов, обладающих общей линейной усадкой 3,6%; водопоглощением 12,5%; прочностью при сжатии 21 МПа; прочностью при изгибе 5,2 МПа.
Синтезированные материалы обладают плотной структурой, представленной аморфизированным веществом с равномерно распределенными кристаллическими образованиями, армирующими материал, что позволяет добиться высокого качества изделий.
Проведенный рентгенофазовый анализ керамических образцов показал, что основными кристаллическими фазами, обеспечивающими эксплуатационные и цветовые характеристики образцов, являются α-кварц, алюмосиликаты кальция и гематит.
Красно-коричневые оттенки черепка обусловлены кристаллизацией оксида железа в виде гематита. В образцах без мела его кристаллизация проходит наиболее активно. Введение в шихту мела приводит к образованию новых кристаллических фаз: анортита и в значительно меньшем количестве геленита-мелилита. Эти кальциевые соединения придают изделию светлую окраску за счет вовлечения значительной части красящих оксидов в сложные алюмосиликатные комплексы, бесцветные или с малоинтенсивной окраской.
Из разработанных составов масс на комбинате декоративно-прикладного искусства им. А. М. Кищенко в Борисове освоено производство изделий, обладающих эксплуатационными показателями, удовлетворяющими требованиям установленных критериальных параметров для плинфы, доставленной с реконструируемого объекта.
Иван ЛЕВИЦКИЙ, Юрий ПАВЛЮКЕВИЧ, Ольга КИЧКАЙЛО, БГТУ