Кирпич

<час />

Фон

Термин «кирпич» относится к небольшим единицам строительного материала, часто сделанным из обожженной глины и закрепленным строительным раствором, связующим веществом, состоящим из цемента, песка и воды. Кирпич - давно популярный материал, сохраняет тепло, устойчив к коррозии и огню. Поскольку каждая единица имеет небольшие размеры - обычно четыре дюйма в ширину и в два раза длиннее, кирпич - идеальный материал для конструкций в ограниченном пространстве, а также для изогнутых конструкций. Более того, при минимальном уходе кирпичные здания обычно служат долго.

По указанным выше практическим причинам, а также из-за того, что он также является эстетически приятным материалом, кирпич использовался в качестве строительного материала не менее 5000 лет. Первый кирпич, вероятно, был сделан на Ближнем Востоке, между реками Тигр и Евфрат на территории современного Ирака. Не имея камня, который их современники из других регионов использовали для постоянных построек, первые строители здесь полагались на обильные природные материалы для изготовления обожженных на солнце кирпичей. Однако они имели ограниченное применение, потому что им не хватало прочности и их нельзя было использовать на открытом воздухе; воздействие элементов привело к их распаду. Вавилоняне, которые позже доминировали в Месопотамии, первыми начали обжигать кирпичи, из которых были построены многие их храмы-башни.

С Ближнего Востока искусство изготовления кирпича распространилось на запад до нынешнего Египта и на восток до Персии и Индии. Хотя греки, имея обильные запасы камня, не использовали много кирпича, свидетельства существования кирпичных печей и сооружений сохранились по всей Римской империи. Однако с упадком и падением Рима производство кирпича в Европе вскоре уменьшилось. Это не возобновлялось до 1200-х годов, когда голландцы начали производить кирпичи, которые, похоже, экспортировали в Англию. В Америке люди начали использовать кирпич в шестнадцатом веке. Однако именно голландцев считали искусными мастерами.

До середины 1800-х годов люди изготавливали кирпичи небольшими партиями, полагаясь на относительно неэффективные методы обжига. Одним из наиболее широко используемых был открытый зажим, в котором кирпичи помещались на огонь под слоем земли и использованных кирпичей. Когда огонь утих в течение нескольких недель, кирпичи загорелись. Такие методы постепенно устарели после 1865 года, когда в Германии была изобретена печь Хоффмана. Эта печь, лучше подходящая для производства большого количества кирпичей, содержала ряд отсеков, через которые уложенные кирпичи передавались для предварительного нагрева, обжига и охлаждения.

Улучшение кирпичного производства продолжалось и в двадцатом веке. Улучшения включают в себя получение абсолютно однородной формы кирпича, уменьшение веса и ускорение процесса обжига. Например, современные кирпичи редко бывают прочными. Некоторые принимают форму, в результате чего остается лягушка или углубление на их верхней поверхности. Другие экструдируются с отверстиями, которые позже ускорят процесс обжига за счет нагрева большей площади поверхности. Обе техники уменьшают вес без снижения силы.

Однако, хотя производственный процесс определенно улучшился, рынок кирпича - нет. Кирпич занимает самую большую долю на рынке непрозрачных материалов для коммерческого строительства, и он по-прежнему используется в качестве облицовочного материала в жилищной промышленности. Однако другие сайдинговые материалы, такие как Для производства кирпича сырье сначала измельчается и измельчается в щековой дробилке. Далее ингредиенты формируются одним из нескольких способов. При экструзии измельченные в порошок ингредиенты смешиваются вместе с водой, пропускаются в камеру удаления воздуха (которая удаляет воздух для предотвращения растрескивания), уплотняются и экструдируются из фильеры желаемой формы. дерево, штукатурка, алюминий, гипс и винил - сильные конкуренты, потому что они стоят до 50 процентов меньше, а некоторые (особенно штукатурка и штукатурка) предлагают встроенную изоляцию. Однако эти системы могут стоить в 1,75 раза дороже кирпичных, что также требует меньшего обслуживания. К другим материалам, которые конкурируют с кирпичом, несмотря на их обычно более высокую стоимость, относятся сборный бетон . панели, стекло, камень, искусственный камень, бетонная кладка и комбинации этих материалов, потому что достижения в производстве и дизайне сделали такие материалы более привлекательными для строителя. Согласно данным US Industrial Outlook, использование кирпича в качестве облицовочного материала для домов на одну семью упало с 26 процентов в 1984 году до 17 процентов в 1989 году.

Сырье

Основную массу кирпича составляют природные глинистые минералы, в том числе каолин и сланец. Небольшие количества марганца, бария и других добавок смешиваются с глиной для получения различных оттенков, а карбонат бария используется для улучшения химической стойкости кирпича к элементам. В кирпич используются многие другие добавки, в том числе побочные продукты производства бумаги, соединения аммония, смачиватели, флокулянты (которые заставляют частицы образовывать рыхлые кластеры) и дефлокулянты (которые разгоняют такие кластеры). Некоторые глины требуют добавления песка или грога (предварительно измельченный, предварительно обожженный материал, например, кирпичный лом).

Для производства кирпича определенного цвета или текстуры поверхности используются самые разные материалы и методы покрытия. Для создания типичного покрытия песок (основной компонент) механически смешивается с каким-либо красителем. Иногда флюс или фритта (стакан с красителями) добавляется для придания текстуры поверхности. Флюс снижает температуру плавления песка, поэтому он может сцепиться с поверхностью кирпича. Также могут использоваться другие материалы, включая сортированный обожженный и необожженный кирпич, нефелиновый сиенит и гранулированный заполнитель.

Производственный
процесс

Первым этапом производства кирпича является дробление и измельчение сырья в сепараторе и щековой дробилке. Затем смесь ингредиентов, требуемая для каждой конкретной партии, выбирается и фильтруется перед отправкой на один из трех процессов формования кирпича - экструзии, формования или прессования, первый из которых является наиболее адаптируемым и, следовательно, наиболее распространенным. После формирования кирпичей и выполнения любых последующих процедур их сушат, чтобы удалить лишнюю влагу, которая в противном случае могла бы вызвать растрескивание во время последующего процесса обжига. Затем их обжигают в печах и охлаждают. Наконец, они снимаются - автоматически складываются, обертываются стальными лентами и покрываются пластиковыми защитными уголками.

Измельчение, калибровка и комбинирование
сырья

• 1 Сначала каждый из ингредиентов направляется в сепаратор, который удаляет негабаритный материал. Щековая дробилка с горизонтальными стальными пластинами затем сжимает частицы, делая их еще меньше. После того, как сырье для каждой партии кирпичей было выбрано, часто используется скальпирующее сито для разделения материалов разных размеров. Материал нужного размера отправляется в силосы для хранения, а крупногабаритный материал поступает в молотковую мельницу, которая измельчает его с помощью быстро движущихся стальных молотков. В молотковой дробилке используется другое сито для контроля максимального размера частиц, покидающих мельницу, а выгрузка идет на несколько вибрационных сит, которые отделяют материал неправильного размера перед его отправкой на следующий этап производства.

Экструзия

• 2. При экструзии, наиболее распространенном методе формования кирпича, измельченный материал и вода загружаются в один конец мельницы . который использует ножи на вращающемся валу, чтобы разрезать и складывать материал в неглубокой камере. Затем смесь подается в экструдер на дальнем конце мельницы. Экструдер обычно состоит из двух камер. Первый удаляет воздух из грунтовой глины с помощью вакуума, тем самым предотвращая растрескивание и другие дефекты. Вторая камера, цилиндр высокого давления, уплотняет материал, так что шнек может выдавливать его через фильеру. После сжатия пластмассовый материал вытесняется из камеры через отверстие фильеры специальной формы. Поперечное сечение экструдированной колонны, называемой «мопс», принимает форму фильеры. Куски желаемой длины нарезаются до нужного размера вращающимися ножами или жесткой проволокой.

  При лепке мягкая влажная глина формируется в форме, обычно в деревянном ящике. Внутренняя часть ящика часто покрыта песком, который обеспечивает желаемую текстуру и облегчает извлечение формованного кирпича из формы. Вода также может использоваться для облегчения высвобождения. Прессование, третий вид формования кирпича, требует материала с низким содержанием воды. Материал помещается в матрицу, а затем уплотняется стальным поршнем, установленным на желаемое давление. Прессованные кирпичи имеют более правильную форму и более четкие очертания, чем кирпич, сделанный двумя другими способами, также с лягушками.

Снятие фаски с кирпича

• 3 машины для снятия фасок были разработаны для создания борозд в кирпиче для таких применений, как мощение. Эти машины используют ролики для вдавливания кирпича во время его экструзии. Иногда они оснащаются кусачками для снятия фаски и резки за один прием. Такие машины могут производить до 20 000 единиц в час.

Покрытие

• 4 Выбор песчаного покрытия, которое также наносится при экструзии кирпича, зависит от того, насколько мягкий или твердый будет экструдированный материал. Для нанесения покрытия на мягкий материал используется непрерывный вибрационный питатель, тогда как для текстурированного материала покрытие, возможно, придется наносить щеткой или валиком. Для более твердых материалов используется прижимной ролик или сжатый воздух, а для очень твердых материалов требуется пескоструйная очистка.

Сушка

• 5 Перед обжигом кирпич необходимо просушить, чтобы удалить лишнюю влагу. Если эту влагу не удалить, вода во время обжига перегорит слишком быстро, что приведет к растрескиванию. Используются два типа сушилок. В туннельных сушилках используются машины для перемещения кирпича через зоны с контролируемой влажностью, предотвращающие растрескивание. Они состоят из длинной камеры, через которую медленно проталкивается посуда. Для ускорения процесса в сушилку нагнетаются внешние источники горячего воздуха, циркулирующего вентилятором.
• 6 также используются автоматические камерные сушилки, особенно в Европе. Прессованные кирпичи автоматически укладываются рядами на двух параллельных стержнях. Затем кирпичи подаются на специальные стойки с пальцевыми приспособлениями, которые удерживают несколько пар стержней в несколько слоев. Эти стеллажи затем перемещаются в сушилки с помощью передаточных тележек или автопогрузчиков.

Стрельба

• 7 После высыхания кирпич загружается в автомобили (обычно автоматически) и обжигается до После формования и нанесения покрытия кирпичи сушат с помощью туннельных сушилок или автоматических камерных сушилок. Затем кирпичи автоматически загружаются в вагоны и перемещаются в большие печи, называемые туннельными печами. Обжиг твердеет и укрепляет кирпич. После остывания кирпичи укладываются и упаковываются. высокие температуры в печах, называемых обжиговыми печами. Как правило, машины, которые перемещали кирпичи в процессе сушки, также используются для транспортировки их через туннельную печь. Эти тележки проталкиваются через постоянно поддерживаемые температурные зоны печи с определенной скоростью, которая зависит от материала. В большинстве печей в США в качестве источника топлива используется газ, хотя треть производимого в настоящее время кирпича сжигается с использованием твердого топлива, такого как опилки и уголь. Конструкция туннельных печей изменилась:от высоконагруженных обжиговых печей с узкой шириной до более коротких и более широких обжиговых печей, которые могут сжигать больше кирпича. Этот тип конструкции также привел к созданию горелок с высокоскоростным, длиннопламенным и низкотемпературным пламенем, которые имеют улучшенную однородность температуры и сниженный расход топлива.

Настройка и упаковка

• 8 После обжига и охлаждения кирпич выгружается из вагонетки печи в процессе деактивации, который был автоматизирован до такой степени, что почти полностью исключена ручная обработка кирпича. Были разработаны автоматические установочные машины, которые могут устанавливать кирпич со скоростью более 18 000 в час и могут поворачивать кирпич на 180 градусов. Обычно кладут в ряды шириной в одиннадцать кирпичей, стопку обматывают стальными лентами и снабжают пластиковыми полосками, которые служат в качестве защиты углов. Упакованный кирпич затем отправляется на стройплощадку, где его обычно выгружают с помощью автопоезда.

Контроль качества

Хотя кирпичная промышленность часто считается бесхитростной, многие производители участвуют в программах тотального управления качеством и статистического контроля. Последнее включает в себя установление контрольных пределов для определенного процесса (например, температуры во время сушки или обжига) и отслеживание параметра, чтобы убедиться, что соответствующие процессы находятся в пределах. Таким образом, процесс можно контролировать по мере его возникновения, предотвращая дефекты и повышая урожайность.

Необходимо измерить различные физические и механические свойства, которые должны соответствовать стандартам, установленным Американским обществом испытаний и материалов (ASTM). Эти свойства включают физические размеры, плотность и механическую прочность. Еще одно важное свойство - это устойчивость к замораживанию-оттаиванию, когда кирпич испытывается в условиях, которые должны имитировать то, что встречается на открытом воздухе. Однако текущие тесты неадекватны и не соответствуют реальным условиям. То, что проходит в лаборатории, может не пройти в полевых условиях. Поэтому кирпичная промышленность пытается разработать более точный тест.

Аналогичная проблема существует с состоянием, известным как высол что происходит, когда вода растворяет определенные элементы (соль является одним из наиболее распространенных) в внешних источниках, растворе или самом кирпиче. Остаточные отложения растворимого материала вызывают обесцвечивание поверхности, которое может усугубиться неправильной очисткой. Когда солевые отложения становятся нерастворимыми, выцветание ухудшается, что требует тщательной очистки. Хотя кирпич может пройти лабораторные испытания, он может выйти из строя в полевых условиях из-за неправильной конструкции или методов строительства. Поэтому компании по производству кирпича разрабатывают свои собственные процедуры тестирования, и продолжаются исследования для разработки более надежного стандартного теста.

Будущее

В настоящее время потребление кирпича остается стабильным - от семи до девяти миллиардов в год, по сравнению с 15 миллиардами, которые использовались ежегодно в начале 1900-х годов. Стремясь повысить спрос, кирпичная промышленность продолжает изучать альтернативные рынки и повышать качество и производительность. Топливная эффективность также улучшилась, и к 2025 году производители кирпича могут даже сжигать свои кирпичи с помощью солнечной энергии. Однако такие изменения в технологии произойдут только при сохранении спроса на кирпич.

Даже если этот спрос сохранится, кирпичная промышленность как здесь, так и за рубежом столкнется с другой проблемой:вскоре она будет вынуждена соблюдать экологические нормы, особенно в области выбросов фтора. Фтор, побочный продукт процесса производства кирпича, представляет собой высокореактивный элемент, опасный для человека. Длительное воздействие может вызвать повреждение почек и печени, проблемы с пищеварением, изменения зубов и костей, поэтому Агентство по охране окружающей среды (EPA) установило максимальные пределы воздействия. Чтобы уменьшить опасность, связанную с выбросами фтора, на кирпичных заводах можно установить скрубберы, но они дороги. Хотя некоторые заводы уже установили такие системы, кирпичная промышленность США пытается играть более важную роль в разработке менее дорогих методов тестирования выбросов и установлении пределов выбросов. Если кирпичная промышленность не сможет убедить федеральные регулирующие органы снизить свои требования, вполне возможно, что отрасль сократится в размерах, поскольку некоторые компании не могут позволить себе соблюдать требования и выйдут из бизнеса.