Краткий обзор свойств и характеристик материалов, применяемых в постройке печей и каминов. Таких как: глина, песок, известь, строительный гипс, цемент, бетон, бутовый камень, асбест, строительный войлок, толь и рубероид, гончарные или керамические трубы, печные изразцы, сталь в различных формах.

Глина – основной строительный материал при кладке печей. Обыкновенная глина (красная) – вяжущий материал, используемый для приготовления раствора при кладке печей и дымовой трубы. Прочность и качество кладки в значительной степени зависят от жирности, пластичности, усушки, максимальной температуры плавления или спекания глины.

В зависимости от количества примесей, главным образом песка, глина подразделяется на жирную, среднюю и тощую. В жирной глине содержится 2-3% песка. Замес из такой глины мягкий, пластичный, стержни при сгибании не ломаются, при высыхании трескаются. В средней глине около 15% песка, на ощупь она шероховатая, при падении на пол шарик сплющивается, но не рассыпается. В тощей глине содержится около 30% песка, она сильно шероховата, при падении на пол шарик рассыпается.

Глина при размокании увеличивается в объеме, образуя пластичное тесто. При температуре ниже 0 глина вспучивается и увеличивается в объеме, вследствие чего кирпичная кладка теряет плотность и прочность. Поэтому глиняный раствор не следует применять для кладки оголовков дымовых труб, наружных стенок дымовых и вентиляционных каналов, фундаментов под печи, камины и коренные дымовые трубы. Обыкновенную (красную) глину применяют в виде раствора (глина, песок и вода) для кладки печей из красного кирпича.

Раствор для кладки и штукатурки печей готовят на чистой воде, не содержащей взмученного ила, не имеющей затхлого запаха и растворенных солей в больших количествах. Использование для приготовления раствора воды, насыщенной солями, приводит к появлению на поверхности печи высолов в виде грязных пятен, которые выступают через побелку. Не рекомендуется использовать застоявшуюся воду из бочек и водоемов. Летом воду с температурой 10-12 градусов берут из колодца, зимой подогревают ее до 25-30 градусов. Можно применять дождевую воду. Для приготовления растворов используют и морскую воду, увеличивая при этом норму цемента на 10-15%.

Песок, применяемый в растворах для кладки печей, должен быть без примеси ила, растительных остатков и других включений. Добавляют песок к обычной глине, к огнеупорной – шамотный порошок. По крупности зерен песок подразделяется на крупнозернистый с зернами 0,15-5 мм, пылевидный – 0,14-0,005 мм и глинистый – меньше 0,005 мм. До приготовления раствора песок рекомендуется просеять через сито с отверстиями 1-1,5 мм. Пески бывают горные (овражные), речные (морские), дюнные. В качестве заполнителя для раствора, применяемого в печных работах, лучше использовать песок, который является продуктом разрушения горных пород.

Речной песок, имеющий закругленные частицы, менее пригоден для кладки печей. Зерна горных песков имеют угловатую форму и шероховатую поверхность, они обладают лучшей сцепляемостью с глиной. Дюнные и барханные пески, состоящие из очень мелких зерен, в чистом виде для приготовления растворов не пригодны.

Известь применяют для приготовления растворов, употребляемых для кладки фундаментов под печи и оголовки труб, расположенных выше крыши. На этом растворе выкладывают также коренные трубы. Используют только гашеную известь (пушонку). Негашеную известь надо погасить: ее загружают в деревянную бочку или ящик слоем 10-12 см и заливают небольшим количеством воды, перемешивая деревянной лопаткой мешалкой. Известь кипит, выделяя тепло, и увеличиваясь в объеме. Свежегашеную известь выдерживают перед употреблением не менее двух-трех недель, предохраняя от высыхания.

Известь строительная бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая первого, второго и третьего сортов. После обжига получается известь – кипелка. Она делится на быстрогасящуюся – не более 8 мин, среднегасящуюся – не более 25 мин и медленногасящуюся – более 25 мин.

Хранить комовую известь необходимо в сухих помещениях, так, как в сырых она постепенно гасится, превращаясь в пушонку – тонких порошок.

Строительный гипс (алебастр) получают путем обжига природного гипсового камня при температуре 150 – 170 градусов. Он представляет собой порошок беловато-серого цвета. Замешанный с водой гипс быстро твердеет. Схватывание начинается через 4 мин и длится от 6 до 30 мин. Быстрота схватывания создает неудобства при его употреблении, поэтому в гипсовый раствор добавляют замедлители схватывания (например, 1-1,5%-ый раствор животного клея). Применение горячей воды также продлевает начало схватывания гипса на 15-20 мин. При оштукатуривании печей гипсовый раствор наносят на горячую поверхность.

Цемент – гидравлическое (твердеющее на воздухе и в воде) вяжущее вещество, получаемое путем совместного измельчения клинкера и различных минеральных добавок.

Существует несколько разновидностей этого материала. Наиболее распространенными являются портландцемент и глиноземистый цемент. Портландцемент – порошок зеленовато-серого цвета. Исходными продуктами для его получения являются известняк (мел) и глина, которые обжигают во вращающихся печах при температуре 1400-1500 градусов. Полученный цементный клинкер размалывают на специальных мельницах, добавляя различные активные и инертные добавки (шлаки, кварцевый песок, гипс и т.п.)

Залитый водой цемент в течение некоторого времени преобразуется в монолитное твердое тело большой прочности. Показателем этого качества является марка цемента, которая определяет прочность раствора, состоящего из 1 части цемента и 3 частей песка (по массе), достигнутую на 28-й день схватывания. Портландцемент выпускают марок 400, 500, 600 и 700.

Глиноземистый цемент получают из глинозема (бокситов) и извести, сплавленных в электропечах при температуре 1400 градусов. Сплавленную массу дробят на куски, затем измельчают в порошок на трубных мельницах. Глиноземистый цемент выпускают марок 400, 500 и 600. Марочную прочность он набирает через 3 суток. Глиноземистый цемент, примененный в растворах и бетонах, повышает их водостойкость.

Бетон – искусственный каменный материал, получаемый из смеси вяжущего, заполнителей и воды и специальных добавок для его формирования и твердения. Твердение бетона – сложный физико-химический процесс, происходящий между вяжущим материалом и водой. Заполнители (щебень, гравий, песок) в этих процессах не учавствуют.

Вяжущие материалы (цемент, известь, гипс) после затворения водой образуют пластично-вязкую массу, которая, затвердевая на воздухе или в воде, связывает между собой зерна заполнителей и образует искусственный каменный материал.

Для изменения свойств вяжущих материалов в состав бетонов вводят добавки, которые могут быть активными минеральными наполнителями, поверхностно-активными ускорителями твердения, замедлителями схватывания, противоморозными компонентами.

Активные минеральные добавки подразделяются на природные – диатомит, трепел, опка, пепел, туф, и искусственные – доменные гранулированные шлаки, глиниты, керамзит, аглопорит и др. При смешивании в тонкоизмельченном виде с известью-пушинкой и затворении водой они образуют тесто, способное после твердения на воздухе продолжать набирать прочность и длительно сохранять ее в воде.

Добавки-наполнители применяют для снижения расхода цемента и повышения плотности бетона. Поверхностно-активные добавки изменяют свойства поверхности, на которой они адсорбировались. Ускорители твердения способствуют быстрому набору бетоном прочности: хлорид и нитрат кальция, поташ, сульфат и нитрат натрия и др. Замедлители схватывания, наоборот, увеличивают продолжительность сохранения бетонной смесью пластичности: природный гипс, серно-кислое железо (до 1%) и поверхностно-активные вещества (животный клей, мылонафт) – до 0,3% массы цемента.

Противоморозные добавки снижают температуру замерзания жидкости, на которой замешены бетон или раствор, в результате при отридцательной температуре сохраняется незамерзшей вода, материал без обогрева набирает прочность. Такими добавками служат соли-электролиты (поташ, нитрит натрия) или смеси этих солей. Количество добавки зависит от температуры твердения бетона.

В печных работах бетон применяют для возведения фундаментов под печи, камины и коренные трубы. Легкие бетоны из керамзитобетона, перлитобетона, керамзитоперлитобетона и золобетона используют для утепления дымовых и вентиляционных каналов, выполненных из асбестоцементных труб.

Состав жароупорной бетонной смеси для блоков топливника сборно-блочных бытовых печей применяют в соотношении 1:2:2:0,33 по массе (одна часть портландцемента марки не ниже 400, две части щебня и две части песка из огнеупорного кирпича, 0,33 части пылевидных тонкомолотых добавок из шамота).

Бутовый камень – различные горные породы (известняк, доломит, песчаник, гранит и т.п.). Используется для сооружения фундаментов и очагов на открытом воздухе, применяется в качестве декоративно-поделочного материала. Может иметь неправильную (колотый, ломаный) или правильную форму (бутовая плита с двумя параллельными гранями постелями). Булыжник имеет округленную поверхность.

Подсобные материалы. При кладке печей, каминов, дымовых и вентиляционных каналов используют тепло и гидроизоляционные материалы, асбестоцементные и керамические напорные трубы, изразцы, печную проволоку и другие вспомогательные материалы.

Асбест – огнеупорный материал, который выдерживает длительный нагрев до 450-500 градусов без значительной потери прочности, обладает малым коэффициентом теплопроводности. Выпускается в виде листов (листовой асбест), картона, ткани и шнура. Применяется при печных работах по устройству противопожарных разделок, несгораемых стен и перекрытий, изоляции сгораемых материалов, изготовлении несгораемых прокладок. Используется вместо войлока для прокладки между рамками печных приборов, дверками и печной кладкой. Добавление асбеста в портландцемент значительно повышает его прочность.

Асбестоцементные трубы выпускаются длиной до 4 м, диаметр – 125-300 мм, толщина стенок – 12-20 мм. Они соединяются между собой асбестоцементными муфтами. Применяют их для облицовки дымоходов с внутренней стороны кирпичных стен, устройства дымоходов (дымовых труб), начиная с чердака и выше кровли. Для утепления трубы облицовываются кирпичом или оштукатуривают. Они не ржавеют под влиянием атмосферных осадков и не нуждаются в окраске в течение всего срока службы. Низкое водопоглощение делает их стойкими к воздействию отрицательных температур. Дополнительное устройство, предупреждающее проникновение воды в трубы (утепление, зонт), позволяет продлить срок эксплуатации труб на несколько десятилетий.

Асбестоцементные дымовые трубы имеют преимущества перед кирпичными в том, что они прочны, легки, не имеют швов, просты при сооружении. Недостатком их является низкая сопротивляемость ударам и необходимость утепления.

Строительный войлок применяют для уменьшения теплопроводности – передачи тепла от нагретых частей печи к прилегающим сгораемым конструкциям. Он плохо воспламеняется, не горит, а медленно тлеет, издавая своеобразный специфический запах. Перед применением войлок вымачивают в глиняном растворе, который предохраняет его от разведения моли и возгорания. Им изолируют разделки у печей и труб, обвертывают концы деревянных балок, проходящих вблизи дымовых каналов и разделок, кладут под предтопочные листы.

Толь и рубероид изготавливают из картона, пропитанного каменноугольной смолой или нефтяными продуктами, обсыпанного с двух сторон песком, слюдой или каменной мукой. Используют для гидроизоляции фундаментов под печи, предохраняя их от грунтовой воды. Толь укладывают на дегтевых, рубероид – на битумных мастиках.

Гончарные, или керамические трубы длиной от 350 до 700 мм, диаметром 170-220 мм, применяют для устройства дымовых труб и воздушных каналов. Их изготавливают из лучших сортов глины с последующим обжигом и глазуровкой изнутри. Соединяют отдельные звенья раструбами.

Печные изразцы изготавливают из обычной глины или из смеси огнеупорной глины и кварцевого песка. Лицевую сторону покрывают глазурью, изразцы без глазури называют терракотовыми. По форме и назначению изразцы делятся на стенные, или прямые, – для образования гладких поверхностей, фасонные – для облицовки углов.

Размеры изразцов: прямые – 220*220*50 и 200*200*45 мм, угловые – 220*220*110*50 и 200*200*100*45 мм; прямоугольные («рустик»): прямые – 205*130*45 мм; угловые – 205*130*107*45 мм.

Снизу печь облицовывают закладкой (цоколем), которую стыкуют с уступом, служащим опорой лицевым (гладким) изразцам. Необходимый рельеф теплоотдающей поверхности можно создать, применяя полочку, выступ и карниз. Над карнизом устанавливают венец.

Проволоку стальную, применяемую для перевязки и крепления печных приборов, обжигают чтобы придать ей необходимую мягкость и прочность. Топочные дверцы в печах нельзя крепить проволокой. Для этой цели служит специальные лапки из полосовой стали, изготовленные с рамками дверок.

Сталь в виде швеллеров, уголков, двутавровых балок, двутавровых балок, полосовой и круглой стали, проволоки используется при устройстве оснований под печи верхних этажей, каркасов печей, крепления печных приборов, перевязке рядов кладки печи и т.д. Листовая кровельная сталь применяется для облицовки внутренних стенок воздушных камер печей, для устройства футляров и на предтопочные листы, прибиваемые к деревянному полу перед дверкой. Сталь, применяемая для духовых камер, должна быть чистой, без ржавчины. Номер швеллерной и двутавровой стали обозначает размер изделия по высоте. Угловая (уголковая) сталь бывает равнобокая и неравнобокая. Ее размеры обозначают тремя цифрами в миллиметрах.

Круглая сталь применяется в виде стержней разного диаметра. Полосовая сталь – полосы прямоугольного сечения разной ширины и толщины. Обручная, или печная сталь – в виде ленты шириной от 12 до 100 мм, толщиной от 0,9 до 3,5 мм. Ее применяют для устройства лапок к различным дверкам, позволяющих закреплять их в кладке более надежно. Фасонную, или фигурную сталь применяют для изготовления оснований под печи, поддержания кирпичной кладки и ее связи.

Стальной проволокой толщиной 2-3 мм закрепляют печные приборы и изразцы. Она должна быть мягкой, отожженной.

Металлическая сетка применяется для обтяжки наружной поверхности печи оштукатуриванием. Она должна иметь ячейки размерами не более 10*10 мм. Сетка не только способствует удержанию раствора на стенках, но и предохраняет оштукатуренную поверхность от растрескивания при перегреве печи.

Мешковина используется для тех же целей, что и металлическая сетка. Ткань должна быть тонкой, неплотной. Мешковину накладывают на наружную поверхность печи перед оштукатуриванием.

Свойства материалов для печей.

Для сооружения печей применяются 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 – масса его скелета, отнесенная к занимаемому объему (т.е. без учета пустот, пор и т.д.). Плотность воды составляет 1 г/куб.см, 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 свежевзрыхленного и слежавшегося песка разная. Изменяется она с увеличением влажности материала. Определяют объемную массу в воздушно-сухом состоянии.

Объемные массы некоторых строительных материалов, кг/куб.см:

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 тали, битума, например, он равен 1, т.е. эти материалы абсолютно водостойкие. Для кирпич-сырца, как и глинопесчаного раствора, коэфициент 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 трубах 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 разрушение предмета.

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 градусов и выше (шамот, динас и др.); тугоплавкие, выдерживающие действие температуры от 1350 до 1580 градусов (гжельский кирпич); легкоплавкие, размягчающиеся при температуре ниже 1350 градусов (обыкновенный кирпич).

Растворимость – способность материала растворяться в различных жидкостях.

Антикоррозийность – способность самостоятельно или в смеси со связующими веществами предохранять конструкции от разрушения коррозией. Антикоррозийными материалами являются графит и печной лак.