Казанский государственный архитектурно-строительный университет ООО Наностройтех Клинкерный кирпич

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

*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. *Цель проекта

*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, термоусадочных горизонтальных и вертикальных швов; *- образование «мостиков холода» из-за теплоизоляции в виде минеральной ваты и т. д. из-за нарушения отсутствия целостности * Актуальность

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

* 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, застройщикам, проектным и 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. подрядным организациям было * 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 * *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. * 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. *Проблема

* 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. * Актуальность

*Аналоги и прототипы

*Наилучшие зарубежные аналоги: ABCKlinkergruppe, Feldhaus Klinker, Engels. Helden, 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. * Клинкер Hagemeister в Германии

ТРЕБОВАНИЕ СОГЛАСНО DIN V 105 -1 ПАРАМЕТРЫ 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 ≤ 6% ≥ 1800 кг/м 3 Водопоглощение Содержание солей ≥ 28, 0 МПа 125, 8 МПа 2, 97 % (Na+ + K+) Mg 2+ Предел прочности на сжатие 2300 кг/м 3 ≤ 7% Средняя плотность 1, 20 % 0, 00 % * Свойства фасадного 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/м 3 2460 кг/м 3 Предел прочности на изгиб ≥ 80 МПа 212, 0 МПа Сопротивление истиранию ≤ 450 мм 2 94 мм 2 Водопоглощение ≤ 6% 0, 3 % * Свойства мостового клинкера HAGEMEISTER

* 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. * Особенности технологии

* « Керамейя » (Украина) производит: * - клинкерный кирпич под торговой маркой « Керамейя » , * - клинкер мостовой под торговой маркой « Брук. Керам » . * 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. * Клинкер « Керамейя » (Украина)

* 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 F 100, 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 F 200, водопоглощение 2 -4%, размеры 200 х100 х55 мм, цена - 23, 75 руб. /шт. Высокая марка и отсутствие пустот на кирпиче повышает долговечность фасадов зданий из этого клинкера. * «Голицинский кирпич»

* Информация о проекте

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 «Тат. Клинкер» . • 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 решение о выдаче патента заявка № 2011102272. • 3. Оформляется патент на способ

ИННОВАЦИЯ Планируемый клинкерный кирпич будет конкурентоспособен с аналогами и при этом значительно дешевле Морозостойкость F 200 F 150 F 50 Количество оттенков, шт >50 >20 5 10 3 F 150200 20

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 из- за 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, 4 11, 3 11, 4 12, 8

* Достоинства и недостатки 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. * Низкое водопоглощение (2 -3%). * Морозостойкость - более 300 циклов. * Полная биологическая устойчивость. * Химическая устойчивость. Рекомендуется применение в промышленных и городских центрах. * Полная огнестойкость. * Широкая цветовая гамма - свыше 300. * Достоинства 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/м 3. * Ограниченная сырьевая база. * Требуется специальный раствор. * Низкая производительность кладки – 5 -6 рядов в сутки. * Недостатки производства клинкера

* 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. * Особенности технологии

* 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 « Брук. Керам » * 3. В России - ТУ 5741 -001 -34854050 -08. * Нормативные документы

* Анализируя изложенные выше данные из ТУ 5741 -001 -34854050 -08, следует отметить недостаточно высокое значение верхней границы морозостойкости, принятое F 100. * Видимо, этот показатель следует увеличить до F 300, 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. * Критика ТУ 5741 -001 -34854050 -08

* Выбор глин для производства клинкера

* 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, ново* райские глины. * Глины Украины

* 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. * Свойства глин РТ

*Их недостатки: * - они легкоплавкие, * - мало- или умеренно-пластичные, * - имеют узкий интервал спекания (около 50 о. С), * - бедны содержанием оксида алюминия (содержание Al 2 O 3 в среднем 8 -13%), * - в основном представлены монтмориллонитом и только следами каолинита. * Свойства глин РТ

*Результаты НИОКР

* 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. * Свойства глин РТ

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

а в б а- клинкер без перлита (х1500), б – 5% перлита (х1500), в - 5% перлита (х3000) * Структура клинкера

а- перлита 10% (х150), в- перлита 10% (х1500), б- перлита 10% (х600), г- перлита 10% (х6000),

№ 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 КГАСУ ( каф. строительные материалы); ОАО «АСПК» Будет уточняться после выполнения работ п. 1 -3 КГАСУ ( каф. строительные материалы); ОАО «АСПК» 4. * Объем необходимого финансирования

* Образцы, выставки

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

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

* Научный руководитель проекта, профессор кафедры строительных материалов Каз. ГАСУ, 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 *Выставки

* Лабораторно-технологическими испытаниями : * - 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. * -доказано, что кирпич марок « 600» , « 800» и « 1000» можно получить при соотношении указанных в шихте глин (Калининская : Нижне. Увельская * * - доказана возможность получения на основе двухкомпонентной шихты: (50% легкоплавкая Калининская глина РТ и 50% огнеупорная Ново-Орская глина) получения клинкерного кирпича с прочностью 580648 кг/см 2 или марки « 500» и « 600» . * Расчетная цена кирпича – 16 -18 руб. /шт. * Общие выводы