Слово «кирпич» заимствовано из тюркских языков. До кирпича на Руси использовалась «плинфа» - тонкая и широкая глиняная пластина размером около 40 х 40 см, толщиной от 2,5 до 4 см. Такую плинфу, например, применяли при строительстве Софийского собора в Киеве. Форма и размеры плинфы объясняются простотой формования, сушки и обжига "тонких" кирпичей. Изготавливалась она в специальных деревянных формах, сушилась 10-14 дней, а затем её обжигали в печи. Для кладки из плинфы характерны относительно толстые швы раствора и использование прослоек из природного камня после нескольких рядов плинфы. На многих плинфах ставили клейма, которые считаются клеймами изготовителя.
Плинфа в России использовалась вплоть до XV века. На смену ей пришел "Аристотелев кирпич", близкий по размерам к современному. Первой кирпичной постройкой в древней Руси была Десятинная церковь в Киеве, в Москве первые кирпичные дома были сооружены в 1450 году. А в 1475 г. был построен первый в России кирпичный завод. До этого производство кирпича было в основном развито при монастырях. В 1485-1495 гг. кирпич использовался при перестройке Московского Кремля. Ярким примером использования кирпичного строительства в России времён Иоанна III стало строительство стен и храмов Московского Кремля, которым заведовали итальянские мастера.
И кирпичную печь устроили за Андрониковым монастырём, в Калитникове, в чём ожигать кирпич и как делать, нашего Русскаго кирпича уже да продолговатее и твёрже, когда его нужно ломать, то водой размачивают. Известь же густо мотыками повелели мешать, как на утро засохнет, то и ножем невозможно расколупить."
В 1500 г. из кирпича был построен Кремль в Нижнем Новгороде, в 1520 г. - Кремль в Туле, а в 1524 г. - Новодевичий монастырь в Московской области.
Кирпич, как строительный материал, имеет свою историю, в ходе которой изменялся процесс его изготовления и, соответственно, менялись морфология (размеры, экстерьер) а также структура формовочной массы. Зная об этих изменениях можно построить хронологическую шкалу, которая позволит точнее датировать культурные слои и кладки, в которых обнаруживаются кирпичи. Главным признаком, позволяющим определить время изготовления кирпича, являются его размеры. Стандарт «государева кирпича», введенный Борисом Годуновым (7х3х2 вершка, то есть 31,2х13,4х8,9 см) должен был использоваться при изготовлении кирпичей для первого в Западной Сибири каменного здания – жилой палаты митрополита Корнилия в г. Тобольске, построенной в 1574 г.
В начале XVIII века Пётр I установил размеры, которые затем долго считались эталонными – 28х14х7 см. Кроме того, он обязал всех производителей кирпича клеймить свою продукцию, так как только этот способ позволял выявлять недобросовестных производителей. Тогда качество кирпича оценивалось очень строго. Привезенную на стройку партию кирпича просто сваливали с телеги: если при этом разбивалось более трех штук, то вся партия браковалась.
Первым кирпичным домом в Петербурге стали палаты адмиралтейского советника Кикина, построенные в 1707 году. В 1710 году на петербуржской стороне на Троицкой площади был построен дом канцлера Г. П. Головнина. В 1711 году сооружен дворец царевны Натальи Алексеевны – сестры Петра I. Летний и зимний дворцы Петра I были построены 1712 году. Первым крупным кирпичным домом Петербурга стал Меньшиковский дворец (1710-1727 гг.). Несмотря на неоднократные перестройки, дворец сохранил свой первоначальный облик. В настоящее время - это музей, филиал Государственного Эрмитажа.
С 1714 по 1741 г. в Российской империи действовал запрет на каменное строительство (а соответственно и изготовление строительного кирпича) во всех городах, кроме Санкт-Петербурга. Император издал специальный указ о строительстве новых заводов близ столицы, приказав их владельцам увеличить объёмы производства.
…дабы всякий на своем заводе сделал кирпичу в год по последней мере миллион, а что больше, то лучше.
Для работы на кирпичных заводах города стали собирать мастеров со всей России. Запрет на каменное строительство был введён специально для того, чтобы каменщики и прочий мастеровой люд, оставшись без работы, сами потянулись на строительство Петербурга. Каждый въезжающий в город был обязан в качестве платы за проезд отдать кирпич, привезённый с собой. По одной из версий, Кирпичный переулок в Санкт-Петербурге назван так именно потому, что на том месте, где он расположен, принимался и складировался «кирпичный налог» за въезд в город.
В середине XVIII в. в стране производилось два вида кирпича: «городовой» пяти сортов (размером 27х13х6,7 см), шедший на строительство зданий, и «трубяной» (хотя до начала каменного строительства здесь производился малоформатный печной кирпич 22х9х4,5 см или 22х11х7 см), использовавшийся для кладки труб и печей. Применение последнего для строительства зданий не разрешалось.
В 1811 г. Инженерный департамент Военного министерства составил «Урочный реестр по части гражданской архитектуры», в котором указывалось, что кирпич должен иметь размеры 26,6х13,3х6,7 см. Этим параметрам должен был соответствовать свежеотформованный материал, который во время сушки и обжига менял свои размеры. В результате параметры обожженного кирпича даже на одном кирпичном заводе получались немного разными. Разница могла достигать 1-2 см. Таким образом, все предпринимавшиеся попытки стандартизации кирпича не могли обеспечить постоянства размеров обожжённого товара. С учетом этих соображений во втором издании «Урочных положений», которые вышли в свет в 1839 г, габариты кирпича устанавливались уже по размерам сухого сырца. В 1847 г. были опубликованы «Правила для единообразной прочной выделки кирпича, долженствующего употребляться как в Санкт-Петербурге, так и в других местах России, на казённых и частных заводах». Этими правилами устанавливался размер готового (т.е. обожжённого) кирпича 26,7х13,3х6,7 см. В 1927 г. в СССР был принят новый стандарт изготовления кирпича: 25х12х6,5 см, а также, 25х12х8,8 см (т.н. полуторный).
Форма и размеры кирпича изменялись на протяжении веков, но всегда оставались такими, чтобы каменщику было удобно работать с ним, т. е. чтобы кирпич был соизмерим с размером и силой руки каменщика. Так, например, российский ГОСТ требует, чтобы вес кирпича не превышал 4,3 кг. Каждая грань кирпича имеет свое название: самая большая, на которую обычно кладут кирпич, называется "постель", длинная боковая - "ложок", а малая - "тычок". Кирпич остается наиболее популярным материалом для сооружения различных конструкций: от простых заборов до роскошных вилл и многоэтажных зданий. Разнообразие цветов и форм придает строениям неповторимый облик. Кирпич удобен в работе, прочен и долговечен. Сейчас в мире выпускается кирпич более 15 000 сочетаний форм, размеров, цветов и фактур поверхности. В настоящее время выпускается полнотелый, пустотелый кирпич, поризованные керамические камни, обладающие повышенными теплозащитными свойствами.
Каменные материалы с древних времен, наряду с деревом, составляют основу строительства. Еще в доисторический период, в так называемый «каменный век», человек сооружал из природных камней убежища пещерного типа и гробницы для могущественных предводителей. К таким сооружениям относятся так называемые дольмены, менгиры и кромлехи.
Дольмены - это две каменные плиты в человеческий рост, поставленные как опоры, на которые сверху положена такая же плита. Такие П-образные сооружения найдены во всех европейских землях, в Средней Азии, Индии, Скандинавии, на Кавказе и даже в Африке.
Другие памятники того же отдаленного времени - менгиры или большие грубые каменные колоды, поставленные стоймя, рядами или поодиночке.
Если менгиры поставлены так, что образуют круг, то они называются кромлехами. Сохранились остатки кромлех, состоящие из сотен огромных колод, а в середине их дольмен. По всей вероятности, все эти каменные сооружения ставились или как религиозные памятники, или в честь важных лиц. Некоторые ученые думают, что кромлехи - это храм Солнцу.
Следующим этапом применения естественного камня в постройках было возведение из совсем неотесанных камней стен укреплений или жилищ. Камни накладывались друг на друга почти без всякого порядка. Если камень не мог плотно прилегать к другому, то пространство между ними заполняли осколками; во всяком случае неведомые нам мастера старались так подбирать камни, чтобы они по возможности плотнее прилегали друг к другу без раствора. Такие стены для жилых построек ставились обычно около скалы или у стены крепости, чтобы достаточно было возвести лишь две стены, перекрыть двумя-тремя бревнами, наложить ветки вместе с листьями и присыпать землей.
За три тысячи лет до нашей эры человек уже умел обрабатывать (стесывать, пришлифовывать) природные камни и возводить из них различные сооружения. При этом от кладки «насухо» постепенно был совершен переход к кладке на глине, а за тысячу лет до н. э., когда были раскрыты свойства Известняка, - на известковом растворе.
Во втором и первом тысячелетиях до нашей эры, наряду с природным камнем, и прежде всего там, где его мало, для строительства оборонительных и дворцовых сооружений, а также богатых домов началось применение сырцового кирпича (высушенные на солнце кирпичи из глины) и глинобитных камней (глина, смешанная с соломой).
При этом применялась укладка в конструкцию еще совсем сырого кирпича; наложенные один на другой без раствора, они плотно слипались, создавая монолитную кладку. Высушенные сырцовые кирпичи и глинобитные камни укладывались на глине, извести (в разных землях по-своему). Применялись и другие способы кладки. Например, греческие дома за тысячу лет до нашей эры (описание Гомера) строили из просушенного глиняного кирпича - сырца. При кладке кирпичи накладывали друг на друга, смочив немного водой.
Уже в I тысячелетии до н. э. человек умел обжигать глиняные кирпичи; укладку их в стены производили на известковом или каком-нибудь прочном растворе. По существу это были прямоугольные керамические плиты длиной от 31 до 65 см и толщиной 5...10 см.
На территории Советского Союза раньше всего кирпич появился, в Причерноморье, бывшее в свое время греческой колонией, завоеванное потом Римской империей. В Камыш-Бурдуне был откопан греческий дом, относящийся к VIII - VI векам до н.э. Стены его выложены из сырцового кирпича.
На территории Крымского полуострова применение керамического кирпича относится к I - II векам до н. э. в сооружениях греческой колонии. Конечно, он не был таким, какой применяют в современном строительстве. Это были керамические плиты длиной до 59 см и толщиной 4...7 см. Их называли «плинфами».
В период расцвета Киевской Руси в X - XI веках нашей эры на территории страны уже имелся богатый опыт изготовления керамического кирпича (плинф) размером порядка 32 X 40 см, толщиной 3,5...5 см. Большую толщину плинфа из-за примитивного напольного обжига получить было трудно.
В XI - XII веках большинство каменных построек (крепостные стены, сторожевые башни, храмы) возводили из природных грубо обработанных камней и плит. Кирпич применялся лишь в немногих сооружениях в качестве прокладных выравнивающих рядов каменной кладки. В последующем по мере развития производства кирпича (плинф) основной становится кладка из кирпича, а через 5 рядов ее укладывался из каменных плит (иногда толщиной до 0,5 м) прокладной ряд. При этом толщина слоя известкового раствора достигала, а иногда и превышала толщину кирпича.
Такая толщина швов по всей вероятности объясняется тем, что известковый раствор с добавлением цымянки (толченого кирпича) обладает большой прочностью (до нашей теперешней марки «50»). Это делало швы достаточно прочными. Видимо толстые швы были также и выгодны из-за дороговизны плинфа и естественным поэтому желанием экономить их количество. С другой стороны, грубая бутовая кладка не в сочетании с рядами плинф требовала постоянного выравнивания рядов, что достигалось за счет толщины швов раствора.
В этот же период продолжалось совершенствование кладки из природных грубоколотых, тесаных, пришлифованных камней. В разных регионах преимущества отдавались местным традициям. В качестве иллюстрации этого положения представляет интерес исторически сложившаяся самобытная техника каменной кладки из туфа в Армении. Это кладка «мидис», которая состоит из трех слоев: наружные из камней грубого окола в виде усеченной пирамиды, отесанных с лица, а также по постелям и граням на глубину 3 - 4 см, а внутренний слой - из бутораствора, выполненного под «залив».
Камни в верстах устанавливают насухо с весьма плотной пригонкой фасадных швов; с тыльной стороны грани камней образуют горизонтальные и вертикальные швы клиновидного сечения. Для удержания камней в вертикальном положении (они опираются друг на друга лишь пришлифованными на ширину 3 - 4 см гранями) их фиксируют клиновидными лещадками. После установки ряда камней пространство между ними (между наружными стенками) заполняют лещадками того же камня и заливают пластичным раствором.
Чтобы повысить прочность, в верстах кладки «мидис» через 2 - 3 ложковых кладут тычковый камень; камни перед укладкой увлажняют, поливая водой, но при этом не допуская переувлажнения. Благодаря повсеместному контакту раствора с камнями и клиновидной форме растворных швов кладка «мидис» обладает повышенной сейсмостойкостью, что и объясняет применение ее с древних времен до наших дней.
В XV - XVI веках наряду с каменными крепостными стенами, монастырями и т. п. из грубообработанного и тесаного камня стали строить кирпичные дома. Размеры кирпича приблизились к современным: 30X 15X 9; 30X 14X 8; 29X ИХ 6,5 см. В конце XVII в. кирпичное производство развилось настолько, что кирпич стал ведущим в каменных конструкциях. В этот период была предпринята попытка установить однообразие кирпича по размерам. Для «Казенных» заводов устанавливался стандартный размер 7X3X2 вершка (31 X 14X 9 см) - «Государев кирпич».
Однако разрозненное кустарное ручное производство в набивных деревянных формах не позволяло решить эту задачу. Попытка регламентации размеров кирпича предпринималась также Петром Первым и предусматривала его длину 11 дюймов (280 мм), ширину 5 1/2 (140 мм) и толщину 3 дюйма без четверти (70 мм).
К началу XIX в. не только форма кирпича становится более правильной, но и качество заметно улучшается. В течение XVIII - XIX столетий стеновой кирпич в России в основном выпускался толщиной 11 и 1 1/2 вершка или 55 и 66 мм. Отсутствие стандартных размеров кирпича оставалось до 30-х годов нынешнего столетия. В этот период (XVIII - начало XX вв.) применялись в основном три способа кирпичных кладок: польская, или верстовая, тычковая и цепная. Причем верстовая (польская) была преобладающей. Это древнейший вид кладки, она не требовала кирпичей точных размеров. Это компенсировалось утолщениями швов, а чередующаяся укладка ложковых и тычковых кирпичей в верстах легко обеспечивает перевязку вертикальных швов. Кстати, этот прием перевязки был заимствован от кладки из природных камней и сохранился до сих пор в бутовой кладке.
Тычковая кладка: версты выкладываются только тычками, для перевязки их с кладкой применяют половинки. Тычковая кладка требует более ровного кирпича, в ней можно больше использовать половняка (до 15...20 % объема кирпича), большее число швов на фасаде обеспечивает лучшее сцепление штукатурки с кладкой, что было важно для строительства того периода. Этот тип кладки был характерен для Москвы.
Третья система кладки - цепная с чередующимися тычковыми и ложковыми верстами. Она не была знакома русским строителям того времени и применялась только в Петербурге весь XVIII век наравне с верстовой. Это следствие зарубежного влияния (вернее всего, Голландского).
При цепной системе перевязки ложки в кладке располагаются один над другим по вертикали, точно так же, как в верстовой, - польской. В отличие от нее в применявшейся в России крестовой перевязке (с также чередующимися тычковыми и ложковыми рядами), ложки размещаются вразбежку, как бы в шахматном порядке.
Кирпичные кладки зданий часто сочетались с кладками и облицовками из естественных камней в виде блоков, плит, валунов. В XVIII - XIX веках в России широко применялся в декоративных целях белый камень (известняк). Объясняется это наличием его на территории России, легкостью обработки. Лицевые и боковые грани гладко обтесывались на всю толщину облицовки, а хвостовые части камня оставались в грубом околе для лучшего схватывания с раствором. Камни при кладке притесывались друг к другу без малейших щелей, в которые могло бы войти лезвие ножа.
В рядах облицовки камни чередовались ложками и тычками. Тычковые камни заглублялись в массив кладки; высота их должна быть не кратна определенному числу рядов кирпичной кладки (обычно 3 - 4 вершка, т. е. 133 - 178 мм). Это обеспечивало утолщение швов под и над ними, предохраняло облицовку от разрушения во время осадки стен.
В старорусской кладке широко применялись узорчатые перевязки на лицевой поверхности. В каждом узоре применялось не менее двух цветов или оттенков кирпича. При этом кирпичи укладываются не только горизонтально, а и наклонно и вертикально, давая возможность получать узорно-рельефную кладку.
В кладках XVIII - XIX в в. широко применялись русты, которым наряду с различного типа поясками, карнизами, пилястрами, сандриками и другими архитектурными деталями придавали декоративную выразительность поверхностям стен. Русты обыкновенно делали выпуском кладки на 1/4 кирпича; высота рустов применялась от 2 - 3-х рядов до 7 рядов. Между рустами (по высоте) прокладывался один или два ряда кирпича.
Широко применялась кладка каменных арок, сводов, куполов. Сводчатые каменные перекрытия использовались не только при возведении церквей, соборов, но и жилых домов, зданий производственного назначения.
Перемычки, или, как их называли строители XVIII века, «прямые своды», применялись в каменном строительстве с незапамятных времен. До развития производства керамического кирпича их возводили из природных камней, сначала в виде цельных плит или камней над проемами, затем в виде арок различного очертания или клинчатых перемычек. По мере развития производства кирпича стали широко применяться не только клинчатые и арочные, стрельчатые или лучковые перемычки, а и кирпичные своды (сводчатые перекрытия и покрытия), в том числе кирпичные «прямые своды».
Одна из старых традиций в кладке перемычек клинчатого типа - «ярославская перемычка» - чрезвычайно простая и вместе с тем прочная. Она выкладывалась из неотесанного кирпича, симметрично в отношении вертикальной оси проема, кирпичи укладывались под углом к горизонтали примерно в 80°. Швы имели точки схода на срединной вертикали и были параллельны между собой с каждой стороны проема. Вместо замкового камня устраивалась «елка» из тесаных кирпичей.
Инженерная мысль на протяжении всех веков осознанного технического творчества ищет пути совершенствования каменных конструкций. Это наиболее наглядно в части снижения расхода материалов. Стены современных зданий в 2 - 3 раза тоньше каменных стен XIII века. Размеры каменных зданий несоизмеримо большие против прежних.
Стремясь заменить сгораемую деревянную конструкцию дома, Герард предложил и применил в строительстве в 1829 - 1832 годах облегченную кирпичную конструкцию стен, состоящую из двух стенок в полкирпича каждая; пространство между ними заполнялось сначала сеном, соломой, опилками, землей, мхом, а затем золой, шлаком. Между собой стенки скреплялись особыми железными скобами. Это была одна из самых старых кладок облегченной конструкции. В последующем возникло много различных вариантов кладки системы Герарда, в том числе взаимного скрепления стенок кирпичом, а также других вариантов кладки облегченной конструкции.
Как уже отмечалось, в XVIII - XIX вв. для кладки применялись известковые растворы. Некоторые сорта извести не имели гидравлических свойств, поэтому в растворы, чтобы сделать их погодоустойчивыми, добавляли цемянки - толченый кирпич, черепицу и т. д. Чтобы ускорить процесс твердения, в них нередко добавляли нашатырь. Для кладок этого времени характерна обработка швов вподрезку в виде равнобедренного заглубленного треугольника либо односторонней подрезки. Делалось это для лучшего сцепления штукатурки фасада с кладкой.
Мы уже знаем, что почти пять веков назад были попытки установить единый размер кирпича. Предпоследняя попытка была предпринята в 1847 г. - утверждены первые для России детальные «Правила для единообразия и прочной выделки кирпича, долженствующего употребляться в С.-Петербурге, так и в других местах России, на казенных и частных заводах». Кирпичу был дан размер, и не по сырцу, как давалось прежде, а по готовому изделию, а именно: 6Х ЗХ 1.5 вершка, или 267 X 133Х 67 мм. Этот «казенный» кирпич удержался. 80 лет, до 1927 года, хотя фактические размеры были самые разные, разного формата. Да и установленные размеры кирпича нельзя считать удачей; он не учитывал «потерь» на вертикальный шов в кладке (длина ложка точно равна двум тычкам). При кладке приходилось или допускать совпадение вертикальных швов по вертикали, или «играть» на их толщине, что чаще всего каменщики и делали. В 1924 - 1926 годах в Советском Союзе работа по улучшению формата кирпича была возобновлена и 15 февраля 1927 г. был утвержден новый стандарт на кирпич с размерами 250X 120X 65 мм, который действует и поныне (для одинарного кирпича).
В 1920 - 30-х годах применялись еще недостаточно рациональные приемы и способы организации каменной кладки, что требовало, по современным оценкам, необоснованно больших затрат труда. Так, например, для того чтобы обеспечить правильную перевязку вертикальных швов, в верстах кладки производилась предварительная укладка их в версту насухо. Еще в начале тридцатых годов нынешнего столетия у нас требовалось полное заполнение всех вертикальных швов кладки раствором. Для этого кладку заливали жидким раствором «прыском», легко проникавшим в вертикальные швы. Этим гарантировалась непродуваемость кладки. Однако в последующие годы от этих приемов отказались, так как стали применять укладку кирпичей способами «вприсык» и «вприжим», что с учетом последующего расстилания раствора по постели для кладки следующего ряда обеспечивает заполнение швов раствором, а перевязка швов теперь достигается и без предварительной верстки кирпича насухо.
В эти же годы широко применялась подноска кирпича на подмости «козоносами» - так называли рабочего, переносившего кирпич с помощью навешиваемой на плечи (со спины) площадки с ножками-подставками. Раствор для кладки еще нередко набрасывал на стену сам каменщик кельмой; он одновременно левой рукой брал кирпич, а правой - раствор и выполнял кладку без подсобных рабочих.
Вместе с тем некоторые приемы, использовавшиеся в те годы, не утратили своей целесообразности и в наши дни. Например, для разбивки кладки по высоте применяли рейки, соответствующие высоте этажа, на которые нанесены высоты подоконников, перемычек оконных и дверных и др. Первый этаж размечают от нулевой отметки (верх пола первого этажа). Далее по этим рейкам на высоте пола каждого этажа выпускаются на четверть из кладки отдельные кирпичи, на которые устанавливаются те же рейки, и по ним ведется разбивка по высоте следующего этажа. Выпущенные четверти кирпичей по окончании кладки срубаются.
До 1930 г. в СССР применялась в основном верстовая или цепная система перевязок, в то время как в США уже широко использовалась многорядная кладка с перевязкой ложков тычками только через 5 рядов. Теперь эта кладка является у нас основной.
На основе американского опыта в 30-х годах советскими специалистами разработаны и теперь широко применяются трехрядная система перевязки столбов и простенков, а также раскладка кирпичей в углах и местах пересечений стен с минимальным использованием неполномерных кирпичей.
Советские специалисты много сделали для рационализации технологии каменной кладки, снижения затрат труда за счет применения инвентарных средств производства, разработки и применения новых инструментов. Взамен мастерка с маленькой площадью лопаточки введена комбинированная кельма с большим полотном, применяемая в настоящее время.
Ф. И. Мальцев изобрел ковш-лопату (именуемую теперь растворной лопатой), удобную и для подачи на стену раствора и для предварительного разравнивания его. Раньше, как уже отмечалось, каменщик набрасывал раствор на стену мастерком сам. Одно из самых больших достижений наших специалистов - ликвидация сезонности каменной кладки. До 1933 г. кирпичная кладка в СССР, как и многие годы еще после в других странах, выполнялась лишь в период до наступления отрицательных температур, т. е. летом, либо в тепляках. Это сильно тормозило ход строительства. Благодаря разработанным методам, которые вошли затем в правила (повышение марок раствора для зимней кладки, применение пластификаторов и подогретого раствора, применение противоморозных добавок, регламентирование правил зимней кладки и т. д.), в стране с сороковых годов кирпичная кладка при строительстве зданий ведется круглогодично.
Кирпич является одним из старейших строительных материалов и его применение восходит к глубокой древности. На это указывают постройки, относящиеся к III-II тысячелетию до н.э. Ученым на сегодняшний день не удалось точно найти место первой постройки из кирпича, однако удалось установить, что впервые такие строения стали возводится в Месопотамии, территории, находящейся в междуречье Тигра и Евфрата. И это отнюдь не случайно. Причина – обилие воды, глины и соломы в этом регионе. Именно благодаря этим компонентам местные жители могли быстро воздвигать свои жилища. Технология строительства была проста — строения возводили из соломы, которую затем обмазывали глиной. Под влиянием палящего солнца такие конструкции быстро высыхали, становились твердыми и не пропускали влагу. Эти отличительные свойства глиняных конструкций быстро заметили люди и со временем решили усовершенствовать технологию строительства, чтобы облегчить свой труд. Постройки стали возводится из штучного материала – отформованного бруска, изготовленного из клейкой глины и резаной соломы, которую добавляли для прочности и крепости. Изготовленные таким способом кирпичи под горячими солнечными лучами быстро высыхали и становились твердыми как камень. Постепенно искусственно-созданный глиняный кирпич стал вытеснять из применения натуральный каменный материал. Однако это была еще эра необожженного кирпича или кирпича-сырца.
Впервые техника обжига кирпича в печи была освоена в Древнем Египте. Об этом свидетельствуют изображения, сохранившиеся со времен фараонов, на которых запечатлены этапы строительства храмов и домов, в том числе и этап производства кирпича. К примеру, городские стены Иерихона выложены кирпичом, имеющим форму, схожую с современными батонами белого хлеба.
Из Древнего Египта и Междуречья, где обжиг кирпича применялся уже в III-II тысячелетии до нашей эры, технология производства керамического кирпича стала проникать и в другие уголки нашей планеты.
Наибольших успехов в развитии производства кирпича, а также возведения зданий и сооружений из него добились древние римляне и греки. Именно в Древней Греции началось производство плоских обожженных кирпичей, которые назывались плинфами (от греческого слова «plinthos» – «кирпич»). Плинфы – кирпичи с размерами 50х50х4,5 см в Древнем Риме и 30х35х2,5 см в Византии. Производство таких кирпичей велось в деревянных формах. После формовки плинфа сушилась на протяжении 10-14 дней, а затем подвергалась обжигу в печах.
Однако около I тысячелетия до нашей эры техника обжига кирпича была забыта из-за трудоемкости и дороговизны производства. Вплоть до IV века массовое строительство сооружений, предназначенных для бедных и средних слоев населения, осуществлялось с помощью кирпича, высушенного под солнечными лучами. Постройки богатых заказчиков возводились из мрамора. Новым толчком к возобновлению массового производства обожженного кирпича стала необходимость быстрого возведения крупных стратегически важных сооружений, например, таких как мосты и крепости, на вновь завоеванных территориях Римской империи.
С началом упадка Римской империи массовое изготовление кирпича на европейском континенте практически остановилось. Возрождение производства кирпича произошло лишь в XI-XII веках по причине стремительного роста и строительства городов (большей частью за счет строительства небольших, всего в 2-3 этажа, жилых домов с торговыми рядами и мастерскими внизу). В эту эпоху появилась фигурная кладка, началось использование кирпича с фигурной поверхностью, покрытого блестящей и прочной глазурью. В XII — XVI веках на территории современной Германии зародился новый стиль в архитектуре – готика. Сооружения готического стиля, как правило, возводились из обожженного керамического кирпича.
Кирпич в России
В IV-V столетии в Россию из Византии пришла методика производства глиняного кирпича. Произошло это вследствие крещения Руси в 988 году, так как вместе со священнослужителями из Византии прибыли и строители, привезшие технологию производства кирпичей. Плинфа в те времена являлась главным материалом для строительства храмов, крепостей, теремов и печей. Стоит отметить, что первые мастерские по производству кирпича возникали при монастырях. Однако продукция таких производств практически полностью уходила на нужды самого монастыря.
К XV веку плинфу постепенно начал вытеснять кирпич, близкий по форме и размерам современному – то есть в форме бруска. Как раз на этот период времени и приходится начало расцвета «кирпичного дела» в России. А конкретно все началось со строительства фабрики по производству обожженного кирпича в Москве. Фабрика имела обжиговую печь и по замыслу должна была удовлетворять потребность в кирпиче грандиозную стройку того времени – московский Кремль. В честь итальянского архитектора Аристотеля Фиораванти, запроектировавшего Кремль, такой кирпич прозвали «Аристотелев кирпич». Из такого «глиняного камня», имевшего похожие с современным кирпичом размеры (289х189х67 мм) также были построены стены Новгородского и Казанского кремля, собор Василия Блаженного.
До XIX века технология изготовления кирпича в России была примитивной и довольно трудоемкой. Формовка кирпича велась вручную, сушка производилась исключительно летом, обжиг осуществлялся в малопроизводительных печах. В середине XIX века в технологии производства кирпича произошла настоящая революция. Впервые были применены кольцевые обжиговые печи, а также ленточный пресс, стали использоваться сушилки для кирпича. В это же время в производстве появились глинообрабатывающие машины, такие как бегуны, вяльцы, глиномялки. В это же время для отделения бракоделов от доброкачественных изготовителей была введена система клеймения продукции. Каждый кирпичный завод обзавелся собственным фирменным знаком — клеймом, которое наносилось на кирпич. Все эти факторы позволили вывести выпуск кирпича на качественно новый уровень.
В 1847 году появился первый стандарт по выпуску кирпичной продукции - «Правила для единообразной прочной выделки кирпича, долженствующего употребляться как в Санкт-Петербурге, так и в других местах России, на казенных и частных заводах», в которых было подробно описано, как производить обжиг, сушку, сортировку, ставить клеймо. Этим стандартом фиксировался размер кирпича 6х3х1,5 вершка.
Современный кирпич обрел знакомые нам размеры — 250х120х65 мм — в 1927 году, его вес не более 4,3 кг.
Современные разработки позволили расширить ассортимент кирпича и довести этот строительный материал до совершенства по внешним и технико-технологическим параметрам. Используемый сегодня кирпич обладает всеми свойствами натурального камня, то есть, в первую очередь прочностью, водо- и морозостойкостью.
Более 5 тысяч лет кирпич остается самым популярным строительным материалом и свое первенство не собирается никому уступать.
Если говорить о появлении кирпича в мировой истории, то безусловно на его распространение повлияла доступность дерева и природного камня для построек. Как можно понять, кирпич появляется и распространяется там, где дерево является большой редкостью и естественно первыми по датировке обнаруженными кирпичными строениями являются египетские постройки 3-2 тысячелетия до н.э.. Египетский кирпич активно использовался в строительстве городов ввиду доступности глины, солнечной погоды и малого количества дерева. Изготавливался он с добавлением песка и соломы. Это является неким аналогом самана – строительного материала горцев и степняков, представляющего собой смесь глины, навоза и соломы, которую вмазывают в деревянную обрешетку хаты, кишлака или сакли. В Египте же, благодаря постоянным высоким температурам и обилию солнца круглый год кирпич-сырец спокойно высыхал на воздухе и после непродолжительного обжига приобретал свойства, пригодные для кладки в несколько этажей.
После Египта огромное распространение кирпич получил в Месопотамии (государствах междуречья Тигра и Евфрата, древние Иран и Ирак), там из него строились дома, военные объекты, городские стены.
Весьма интересен римский опыт использования кирпича. Древние римляне производили не только кирпич привычной нам прямоугольной формы, но и кубический и даже треугольный в сечении кирпич. Благодаря такому многообразию форм получалось строить весьма крепкие сводчатые стены, арки треугольной и овальной форм, а также многие другие неповторимые по своей красоте архитектурные шедевры. Кстати Италия и в эпоху средневековья и в наши дни считается одной из ведущих стран в плане технологии производства кирпича. Итальянские мастера на протяжении всей истории приглашались не только как архитекторы, но и как технологи, ведь именно в Риме были разработаны различные добавки и присадки к глине, для того, чтобы кирпич был более твердым и более влагостойким. На территории Европы, исключая южные ее части кирпич было производить затруднительно ввиду сравнительно короткого лета, да и нерентабельно, ввиду больших запасов дерева, поэтому в период Темных Веков и Средневековья кирпич использовался нечасто, уступив позиции камню и дереву.
Несмотря на древнюю и самобытную традицию деревянного зодчества вместе с иностранными западными умельцами и учеными кирпич занял свою нишу и в русской архитектуре. Уже Иван Третий пригласил итальянских мастеров для возведения кирпичных стен и соборов Московского Кремля. Мастера те были итальянцами, а одним из новшеств было то, что в технологии изготовления кирпича использовалась известь. Как свидетельствует летопись в Калитникове построили большую печь и там итальянцы показывали как делать кирпич более продолговатый и твердый, как резать кирпич и как вмешивать в глину известь.
Само это слово заимствовано нашими предками из тюркского. Еще при Иване Грозном искусственный камень из глины с различными добавлениями именовали «плинфа», хотя по сути данное изделие производили по технологиям кирпича. То есть спрессовывали в форму и сушили на специальных дощечках, а затем проводили обжиг. Интересно, что изделия получались качественными - до сих пор археологи находят плинфы с клеймами изготовителей и заказчиков догрозненских времен. До 19-го века процесс его изготовления был весьма трудоемким и сезонным. Летом на разработках глины появлялись сотни и тысячи подневольных рабочих, кирпич формовался вручную, сушился на солнце и обжигался в специальных печах небольшими партиями. После появления в 19-м веке сушилен, ленточного пресса и кольцевых обжиговых печей процесс изготовления кирпича был уже более-менее автоматизирован и кирпич получил большую доступность для населения.
Стандартный обожжённый кирпич использовался на Руси с конца XV века . Ярким примером стало строительство стен и храмов Московского Кремля во времена Иоанна III , которым заведовали итальянские мастера. «… и кирпичную печь устроили за Андрониковым монастырем , в Калитникове , в чём ожигать кирпич и как делать, нашего Русского кирпича уже да продолговатее и твёрже, когда его нужно ломать, то водой размачивают. Известь же густо мотыками повелели мешать, как на утро засохнет, то и ножём невозможно расколупить ».
Неполномерный (часть):
На сегодняшний день в современном строительстве используются два основных вида кирпича: керамический и силикатный кирпич.
Силикатный кирпич изготавливается из смеси кварцевого песка, воздушной извести и воды. Отформованный кирпич подвергается автоклавной обработке - воздействию насыщенного водяного пара при температурах 170-200 °C и высоком давлении. В результате применения такой технологии образуется искусственный камень. :
По сравнению с керамическим, силикатный кирпич обладает большей плотностью.
Силикатный кирпич обычно применяется для возведения несущих и самонесущих стен и перегородок, одноэтажных и многоэтажных зданий и сооружений, внутренних перегородок, заполнения пустот в монолитно-бетонных конструкциях, наружной части дымовых труб.
Керамический кирпич обычно применяется для возведения несущих и самонесущих стен и перегородок, одноэтажных и многоэтажных зданий и сооружений, внутренних перегородок, заполнения пустот в монолитно-бетонных конструкциях, кладки фундаментов, внутренней части дымовых труб, промышленных и бытовых печей.
Керамический кирпич подразделяется на рядовой (строительный) и лицевой . Последний применяется практически во всех областях строительства .
До XIX века техника производства кирпичей оставалась примитивной и трудоёмкой. Формовали кирпичи вручную, сушили исключительно летом, а обжигали в напольных печах-времянках, выложенных из высушенного кирпича-сырца. В середине XIX века была построена кольцевая обжиговая печь а также ленточный пресс, обусловившие переворот в технике производства. В конце XIX века стали строить сушилки. В это же время появились глинообрабатывающие машины бегуны, вальцы, глиномялки.
В наше время более 80 % всего кирпича производят предприятия круглогодичного действия, среди которых имеются крупные механизированные заводы, производительностью свыше 200 млн шт. в год.
Необходимо создание условий для обеспечения основных параметров производства:
В кирпичном производстве результата добиваются только после длительных экспериментов с режимами сушки и обжига. Эта работа должна проводиться при постоянных основных параметрах производства.
Хороший (лицевой) керамический кирпич производится из глины, добытой мелкой фракцией с постоянным составом минералов. Месторождения с однородным составом минералов и многометровым слоем глины, пригодным для добычи одноковшовым экскаватором , очень редки и почти все разработаны.
Большинство месторождений содержит многослойную глину, поэтому лучшими механизмами, способными при добыче делать глину среднего состава, считаются многоковшовый и роторный экскаваторы. При работе они срезают глину по высоте забоя, измельчают её, и при смешивании получается средний состав. Другие типы экскаваторов не смешивают глину, а добывают её глыбами.
Постоянный или средний состав глины необходим для подбора постоянных режимов сушки и обжига. Для каждого состава нужен свой режим сушки и обжига. Один раз подобранные режимы позволяют получать высококачественный кирпич из сушилки и печи годами.
Качественный и количественный состав месторождения выясняется в результате разведки месторождения. Только разведка выясняет минеральный состав: какие суглинки пылеватые, глины легкоплавкие, глины тугоплавкие и т. д. содержатся в месторождении.
Лучшими глинами для производства кирпича считаются те глины, которые не требуют добавок. Для производства кирпича обычно используется глина, непригодная для других керамических изделий.
Сушилки загружаются кирпичом полностью, и в них постепенно изменяется температура и влажность по всему объёму сушилки, в соответствии с заданной кривой сушки изделий.
Сушилки загружаются постепенно и равномерно. Вагонетки с кирпичом продвигаются через сушилку и проходят последовательно зоны с разной температурой и влажностью. Туннельные сушилки лучше всего применять для сушки кирпича из сырья среднего состава. Применяются при производстве однотипных изделий строительной керамики. Очень хорошо «держат» режим сушки при постоянной и равномерной загрузке кирпича-сырца.
Глина – это смесь минералов, состоящая по массе более чем на 50 % из частиц до 0,01 мм. К тонким глинам относятся частицы менее 0,2 мкм, к средним 0,2-0,5 мкм и крупнозернистым 0,5-2 мкм. В объёме кирпича-сырца есть множество капилляров сложной конфигурации и разных размеров, образованных глинистыми частицами при формовке.
Глины дают с водой массу, которая после высыхания сохраняет форму, а после обжига приобретает свойства камня. Пластичность объясняется проникновением воды, хорошего природного растворителя, между отдельными частицами минералов глины. Свойства глины с водой важны при формовке и сушке кирпича, а химический состав определяет свойства изделий во время обжига и после обжига.
Чувствительность глины к сушке зависит от процентного соотношения «глинистых» и «песчаных» частиц. Чем больше в глине «глинистых» частиц, тем труднее удалить воду из кирпича-сырца без образования трещин при сушке и тем больше прочность кирпича после обжига. Пригодность глины для производства кирпича определяется лабораторными испытаниями.
Если в начале сушилки в сырце образуется много паров воды, то их давление может превысить предел прочности сырца и появится трещина. Поэтому температура в первой зоне сушилки должна быть такой, чтобы давление паров воды не разрушало сырец. В третьей зоне сушилки прочность сырца достаточна для повышения температуры и увеличения скорости сушки.
Режимные характеристики сушки изделий на заводах зависят от свойств сырья и конфигурации изделий. Существующие на заводах режимы сушки нельзя рассматривать как неизменные и оптимальные. Практика многих заводов показывает, что длительность сушки можно значительно сокращать, пользуясь методами ускорения внешней и внутренней диффузии влаги в изделиях.
Кроме того, нельзя не учитывать свойства глиняного сырья конкретного месторождения. Именно в этом и заключается задача заводских технологов. Нужно подобрать такую производительность линии формовки кирпича и режимы работы сушилки кирпича, при которых обеспечивается высокое качество сырца при максимально достижимой производительности кирпичного завода.
Глина представляет смесь легкоплавких и тугоплавких минералов. При обжиге легкоплавкие минералы связывают и частично растворяют тугоплавкие минералы. Структура и прочность кирпича после обжига определяется процентным соотношением легкоплавких и тугоплавких минералов, температурой и продолжительностью обжига.
В процессе обжига керамического кирпича легкоплавкие минералы образуют стекловидную, а тугоплавкие кристаллическую фазы. С повышением температуры всё более тугоплавкие минералы переходят в расплав, возрастает содержание стеклофазы. С увеличением содержания стеклофазы повышается морозостойкость и снижается прочность керамического кирпича.
При увеличении длительности обжига возрастает процесс диффузии между стекловидной и кристаллической фазами. В местах диффузии возникают большие механические напряжения, так как коэффициент термического расширения тугоплавких минералов больше коэффициента термического расширения легкоплавких минералов, что и приводит к резкому снижению прочности.
После обжига при температуре 950-1050 °C доля стекловидной фазы в керамическом кирпиче должна составлять не более 8-10 %. В процессе обжига подбираются такие температурные режимы обжига и продолжительность обжига, чтобы все эти сложные физико-химические процессы обеспечивали максимальную прочность керамического кирпича.
Основным компонентом силикатного кирпича (85–90% по массе) является песок, поэтому заводы силикатного кирпича размещают, как правило, вблизи месторождений песка, и песчаные карьеры являются частью предприятий. Состав и свойства песка определяют во многом характер и особенности технологии силикатного кирпича.
Песок – это рыхлое скопление зёрен различного минерального состава размером 0,1 – 5 мм. По происхождению пески разделяют на природные и искусственные. Последние, в свою очередь, разделяют на отходы при дроблении горных пород (хвосты от обогащения руд, высевки щебеночных карьеров и т. п.), дробленые отходы от сжигания топлива (песок из топливных шлаков), дробленые отходы металлургии (пески из доменных и ватержакетных шлаков).
Форма и характер поверхности зерен песка имеют большое значение для формуемости силикатной смеси и прочности сырца, а также влияют на скорость реакции с известью, начинающейся во время автоклавной обработки на поверхности песчинок.
При грубой шихтовке песков в карьере проверяют, в какой пропорции загружают вагонетки или автосамосвалы песками различной крупности в каждом забое. При наличии нескольких приемных бункеров для разных фракций песка необходимо проверять заданную пропорцию песков в шихте по количеству питателей одинаковой производительности, одновременно выгружающих пески различной крупности.
Песок, поступающий из забоя до его употребления в производство, должен быть отсеян от посторонних примесей – камней, комочков глины, веток, металлических предметов и т. п. Эти примеси в процессе производства вызывают брак кирпича и даже поломки машин, поэтому над песочными бункерами устанавливают барабанные грохоты.
Известь является второй составной частью сырьевой смеси, необходимой для изготовления силикатного кирпича.
Сырьём для производства извести являются карбонатные породы, содержащие не менее 95% углекислого кальция CaCO3. К ним относятся известняк плотный, известняковый туф , известняк-ракушечник, мел , мрамор . Все эти материалы представляют собой осадочную горную породу, образовавшуюся главным образом в результате отложения на дне морских бассейнов продуктов жизнедеятельности животных организмов.
Известняк состоит из известкового шпата – кальцита – и некоторого количества различных примесей: углекислого магния, солей железа, глины и др. От этих примесей зависит окраска известняка. Обычно он бывает белым или разных оттенков серого и желтого цвета. Если содержание глины в известняках более 20%, то они носят название мергелей. Известняки с большим содержанием углекислого магния называются доломитами.
Мергель является известково-глинистой породой, которая содержит от 30 до 65% глинистого вещества. Следовательно, наличие в нем углекислого кальция составляет всего 35 – 70%. Понятно, что мергели совершенно не пригодны для изготовления из них извести и поэтому не применяются для этой цели.
Доломиты, так же как известняки, относятся к карбонатным горным породам, состоящим из минерала доломита (СаСО3*МgСО3). Так как содержание в них углекислого кальция менее 55%, то для обжига на известь они также непригодны. При обжиге известняка на известь употребляют только чистые известняки, не содержащие большого количества вредных примесей в виде глины, окиси магния и др.
По размерам кусков известняки для обжига на известь делятся на крупные, средние и мелкие. Содержание мелочи в известняке определяют, просеивая породу через грохоты.
Основным вяжущим материалом для производства силикатных изделий является строительная воздушная известь. По химическому составу известь состоит из окиси кальция (СаО) с примесью некоторого количества окиси магния (МgО).
Различают два вида извести: негашеную и гашеную; на заводах силикатного кирпича применяется негашеная известь. При обжиге известняк под влиянием высокой температуры разлагается на углекислый газ и окись кальция и теряет 44% своего первоначального веса. После обжига известняка получается известь комовая (кипелка), имеющая серовато-белый, иногда желтоватый цвет.
При взаимодействии комовой извести с водой происходят реакции гидратации СаО+ Н2О = Са(ОН)2; МgО+Н2О=Мg(ОН)2 или, по другому - гашение извести. Реакции гидратации окиси кальция и магния идут с выделением тепла. Комовая известь (кипелка) в процессе гидратации увеличивается в объеме и образует рыхлую, белого цвета, легкую порошкообразную массу гидрата окиси кальция Са(ОН)2. Для полного гашения извести необходимо добавлять к ней воды не менее 69%, т.е. на каждый килограмм негашеной извести около 700 г воды. В результате получается совершенна сухая гашеная известь (пушонка). Её так же называют воздушной известью. Если гасить известь с избытком воды, получается известковое тесто.
Известь нужно хранить только в крытых складских помещениях, предохраняющих ее от воздействия влаги. Не рекомендуется длительное время хранить известь на воздухе, так как в нем всегда содержится небольшое количество влаги, которая гасит известь. Содержание в воздухе углекислого газа приводит к карбонизации извести, т. е. соединению с углекислым газом и тем самым частичному снижению ее активности.
Известково-песчаную смесь готовят двумя способами: барабанным и силосным.
Силосный способ приготовления массы имеет значительные экономические преимущества перед барабанным, так как при силосовании массы на гашение извести не расходуется пар. Кроме того, технология силосного способа производства значительно проще технологии барабанного способа. Подготовленные известь и песок непрерывно подаются питателями в заданном соотношении в одновальную мешалку непрерывного действия и увлажняются водой. Перемешанная и увлажненная масса поступает в силосы, где выдерживается от 4 до 10 часов, в течение которых известь гасится.
Силос представляет собой цилиндрический сосуд из листовой стали или железобетона; высота силоса 8 – 10 м, диаметр 3,5 – 4 м. В нижней части силос имеет конусообразную форму. Силос разгружается при помощи тарельчатого питателя на ленточный транспортёр. При этом происходит большоё выделение пыли.
