Свойства материалов для печей

Для сооружения печей применяют разнообразные материалы с различными свойствами. Строительные материалы обладают рядом физико-механических и химических свойств, которыми определяется степень их пригодности для сооружения отопительных устройств.

Плотность материала - это отношение массы материала к занимаемому объему. Плотность воды составляет 1 г/см³, поэтому плотность других веществ выражают по сравнению с ней. Объемная масса - масса материала, отнесенная к объему в естественном состоянии материала. Для таких материалов, как металл, стекло, смолы объемная масса равна плотности. Для строительных материалов величины плотности и объемной массы не совпадают. Например, объемная масса взрыхленного и слежавшегося песка разная. Изменяется она и с увеличением влажности материала. Определяют объемную массу в воздушно-сухом состоянии.

Объемные массы некоторых строительных материалов, кг/м³:

Асбестоцементные листы..........................1900
Бетон на кирпичном щебне..........................2000
Войлок строительный...................................150
Глина..........................................................1400
Древесина (сосна)........................................400-600
Железобетон (среднеармированный).............2500
Засыпка из сухого песка..............................1600
Известь негашеная (комовая).......................1000
Известковое тесто.......................................1300-1450
Камень-песчаник........................................2400
Кирпичная кладка (сплошная)....................1800
Опилки.......................................................250
Сталь строительных марок...........................7850
Стекло........................................................2500
Чугунные изделия......................................7200
Шлак..........................................................1000
Цементный раствор.....................................до 2000

Пористость материала определяет степень заполнения его объема порами, пустотами и дополняет плотность до единицы. Например, пористость кирпича: 1-0,68=0,32, стали 1-1=0 и т.д. Плотность и пористость материалов влияют на их прочность, водопоглощение, водонепроницаемость, теплопроводность, морозостойкость и другие свойства.

Водопоглощение характеризует способность материала впитывать в себя и удерживать воду. Этот показатель выражается в процентах и определяет разность массы материала, предельно насыщенного водой, и этого же образца материала в абсолютно сухом состоянии. Например, водопоглощение глиняного кирпича в зависимости от степени обжига колеблется от 8 до 20 %. Насыщенные водой материалы в значительной степени теряют прочность, объемная масса и теплопроводность возрастают.

Отношение прочности материала, насыщенного водой, к прочности сухого материала называется коэффициентом размягчения. Для стали, битума, например, он равен 1, т.е. эти материалы водостойкие. Для кирпича-сырца, как и глинопесчаного раствора, коэффициент размягчения равен 0, т.е. в воде эти материалы распадаются. Поэтому кирпич-сырец и глиняный раствор нельзя применять при кладке фундаментов в водонасыщенных грунтах и дымовых труб над крышей.

Прочность определяет способность материала сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, возникающих от внешних нагрузок, температурных колебаний и других факторов. В печных устройствах внешние воздействия, которым подвержены материалы, вызывают сжатие, изгиб, срез, смятие. Каждый материал обладает пределом прочности, превышение которого вызывает его разрушение.

Пластичность - способность материала изменять форму без признаков разрушения под действием нагрузки и сохранять измененную форму после снятия нагрузки. Это свойство особенно имеет значение для растворов, применяемых для кладки печей, фундаментов и т.д.

Огнестойкость определяется степенью возгораемости материала и характеризует его способность выдерживать без разрушения воздействия высоких температур и воды в условиях пожара. По степени возгораемости строительные материалы подразделяются на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые. Несгораемые материалы при воздействии огня не воспламеняются, не тлеют, не обугливаются, но могут деформироваться. Сталь, например, деформируется в значительной степени, а гранит, мрамор, силикатный кирпич полностью разрушаются. Трудносгораемые материалы под воздействием огня воспламеняются с трудом, тлеют, например, строительный войлок. После удаления источника огня тление прекращается. При тлении он издает характерный сильный запах, сигнализируя о возникновении очага пожара. Сгораемые материалы под воздействием огня воспламеняются и продолжают гореть после удаления источника огня - дерево, смолы и т. д.

Огнеупорность определяет способность материала противостоять, не разрушаясь и не размягчаясь, воздействию высоких температур в течение длительного времени. По степени огнеупорности материалы подразделяют на три группы: огнеупорные, выдерживающие действие температуры от 1580° и выше (шамот, динас и др.); тугоплавкие, выдерживающие действие температуры от 1350 до 1580° (гжельский кирпич); легкоплавкие, размягчающиеся при температуре ниже 1350° (обыкновенный кирпич).

Растворимость - способность материала растворяться в различных жидкостях.

Антикоррозионность - способность самостоятельно или в смеси со связующими веществами предохранять конструкции от разрушения коррозией. Антикоррозионными материалами являются графит и печной лак.

Глиняный раствор

Раствор - смесь вяжущих веществ, заполнителя и воды. По плотности в сухом состоянии они делятся на тяжелые (1500 кг/м³ и более) и легкие (менее 1500 кг/м³). По назначению растворы бывают кладочные (для кладки кирпича, камня и блоков печей), отделочные (для отделки печей) и специальные.

Заполнитель вместе с вяжущим материалом и водой создают прочный фундамент и монолитный корпус печи и дымовой трубы. Он уменьшает усадку раствора при твердении, сохраняя свой объем, а в некоторых случаях способствует повышению теплозащитных свойств раствора (например, заполнитель в виде шлака). По типу вяжущих материалов растворы подразделяются на цементные, известковые, гипсовые и смешанные (цементно-известковые, известково-шлаковые и др.).

Простые растворы состоят из одного вида вяжущего материала и заполнителя, сложные, или смешанные, - из двух или более вяжущих (цемента и глины, цемента и извести) и заполнителей. Например, цементно-известковый раствор с соотношением 1:3:15 состоит из одной части цемента, трех частей известкового теста и 15 частей песка.

В сложных растворах объем основного вяжущего материала условно принят за единицу, остальные компоненты (вяжущие и заполнители) выражаются числами, показывающими, сколько объемных частей их берут на одну часть основного вяжущего. Основное вещество обладает более сильными вяжущими свойствами, поэтому название сложных растворов начинается с названия основного вяжущего. Например, известково-глиняный раствор в своем составе имеет два вяжущих вещества - известь и глину.

Глиняный раствор разрушается под воздействием влаги, он не пригоден для кладки фундаментов и дымовых труб над крышей. Эти части печи выполняют на известковом, цементном или известково-цементном растворе.

Глиняный раствор для кладки печей используют только в сухом месте, шов должен быть 3-5 мм. Раствор из толстого шва быстро выкрашивается, в него подсасывается воздух, который ухудшает работу печи и вызывает излишний расход топлива. Тонкие швы можно получать только из хорошей глины и тщательно перемешанного раствора, процеженного через сито с ячейками 3х3 мм. Песок для раствора должен быть мелким, крупность зерен - не более 1 мм.

Тощие растворы не обладают нужной пластичностью и крепостью, жирные - пластичны, но при высыхании образуют трещины. Наиболее пригодны для кладки растворы средней пластичности, или нормальные, в которых вяжущее и заполнитель находятся в оптимальном соотношении. Они прочны, не трескаются при высыхании и дают минимальную усадку.

Известковые, цементные и сложные растворы наносят на кладку только инструментами.

Глиняного раствора для печной кладки требуется от 1/10 до 1/13 объема печи, считая по наружному размеру, или до 1/8 объема укладываемого кирпича - в среднем 25 л (2,5 ведра) на 100 шт. кирпича. Глиняный раствор не должен отличаться от состава кирпича и хорошо переносить нагревание до 800-1000°, не теряя прочности и не выделяя вредных испарений. Чем меньше глины в печной кладке, тем выше ее качество. Лучшим раствором считается глина, из которой изготовляют кирпич. Для приготовления раствора можно использовать бой сырцового кирпича. Раствор должен быть пластичным. Жирный раствор, высыхая, уменьшается в объеме и растрескивается, тощий не дает достаточной прочности, плохо связывает кирпич и легко выкрашивается из швов.

Прочность глиняного раствора повышается, если на одно ведро добавить 100-150 г поваренной соли. Мелкую соль перемешивают с раствором, а крупную предварительно растворяют в воде. Иногда добавляют на ведро раствора 0,5-1 кг портландцемента, смешивая его в сухом виде или предварительно затворенным водой. Применяют такой раствор не позже чем через час после приготовления.

Для приготовления раствора используют разную глину, смешивая ее в сухом виде, затем затворяют водой. В жирную глину добавляют 0,5-5 объемных частей песка. Его просеивают через частое сито с ячейками 1,5х1,5 мм. Очень тощие глины отмучивают - промывают в воде, удаляя из них излишки песка.

Если жидкость глины нормальная, добавления песка не требуется. Для приготовления глиняного раствора изготовляют дощатый настил размером 1,5х1,5 м, на который насыпают слоями глину и смачивают ее водой. Когда глина размякнет, ее несколько раз перелопачивают и сгребают в кучку в виде узкой грядки высотой 300-350 мм. Затем от нее ребром деревянной лопаты отрезают тонкие пластинки, комки при этом разбиваются, мнутся. Камни и посторонние примеси удаляют. Затем массу перелопачивают, сгребают в грядку и снова мнут лопатой 3-5 раз, пока все комки не будут разбиты.

Если в процессе работы в глину добавляют песок, насыпая его в виде широкой грядки, в ней делают углубления, затем насыпают глину слоями, смачивают ее водой и засыпают сверху песком. Выдерживают время, пока глина размякнет, затем многократно перелопачивают с песком, собирают в грядку и мнут лопатой, пока она полностью не перемешается с песком и не станет однородной. Хорошо перемешанный раствор с нужным количеством песка и воды должен сползать с железной лопаты, но не растекаться по ней, на ощупь это скользкая масса с равномерным песчаным наполнением без глиняных или песчаных сгустков. В таком растворе часто остаются крупные частицы, не позволяющие выполнить тонкие швы, поэтому во время работы его приходится все время прощупывать руками, удаляя посторонние частицы, что замедляет работу. Такой раствор целесообразно процедить через сито.

Оптимальное соотношение глины и песка в глиняном растворе - 1:1 или 1:2. Количество воды - 1/4 объема глины.

Глину нормальной жирности, не требующей добавления песка, засыпают в ящик или бочку слоями и смачивают водой, где она размокает на протяжении нескольких часов. Затем ее тщательно перемешивают и процеживают через сито с ячейками 3х3 мм. Воду добавляют на рабочем месте, достигая необходимой густоты раствора.

Если в глину требуется добавлять песок, его отмеривают в необходимом количестве и просевают на сите. После размокания глины ее процеживают, добавляют песок, перемешивают и еще раз процеживают.