Введение. В настоящее время в связи с нестабильной политической ситуацией в России и замедлением экономического роста наиболее остро встают вопросы обеспечения рынка строительных материалов конкурентоспособной продукцией отечественного производства взамен импортной. Использование керамического кирпича, позволяющего выдерживать широкий диапазон температур и влажности, сохранять и равномерно распределять тепло в стенах здания и тем самым возводить наружные стены достаточно прочными и теплыми, является перспективным направлением в строительной отрасли [1–3]. Среди множества современных стеновых материалов керамический кирпич остается одним из наиболее популярных в РФ. В связи с исчерпанием природных запасов качественных сырьевых материалов, актуальным вопросом в производстве отечественной строительной керамики является обеспечение предприятий необходимым сырьем, а также поиск возможностей применения местного и низкосортного сырья, отходов строительного производства [2–6].Для получения надежной каменной конструкции важно обеспечить надежную совместную работу ее составляющих в частности, каменного материала и строительного раствора [7, 8]. Использование керамического кирпича и строительных растворов с требуемыми технологическими и физико-механическими показателями обеспечивает монолитность, долговечность и безопасность сооружения [2, 7, 8]. Разработка рецептур кладочных растворов на основе компонентов отечественного производства экономически целесообразна и является актуальным направлением в курсе импортозамещения. В первую очередь это относится к модификаторам кладочных цементных растворов, которые на современном рынке в основном представлены дорогостоящими продуктами импортного производства [9, 10].Основная часть. В статье исследована возможность получения лицевого керамического кирпича с требуемыми характеристиками на основе полиминеральных глин Центрально-Черноземного района методом полусухого прессования. Проанализирована возможность повышения эффективности кирпичной кладки за счет совместного использования исследуемых кирпича и кладочных растворов, модифицированных добавками отечественных водорастворимых полимеров.В качестве сырья для производства керамического кирпича была использована полиминеральная глина Дорожного месторождения (Воронежской области), химический анализ приведен в табл. 1.Рентгенофазовый анализ исследуемых глин проводился на дифрактометре ДРОН-3. Минералогический состав глины, как показывает рентгенофазовый анализ (рис. 1), достаточно сложный. Таблица 1 Усредненный химический состав глин, мас. %SiO2Al2O3+TiO2Fe2O3CaOMgOSO3п.п.п.66,0612,93,63,11,50,17,8   Рис. 1. Рентгенограмма усредненной пробы суглинковДорожного месторождения  Из глинистых минералов присутствуют: нонтронит в количестве 15…20 %, каолинит - 5…8 %, иллит – 5…8 %. Содержание кварца достигает 45…50 %, кальцита – не менее 10…15,  анортита. Оксиды железа представлены магнетитом.  По числу пластичности глины Дорожного месторождения относятся к категории среднепластичных, высокочувствительных к сушке. Коэффициент чувствительности к сушке 1,53 определялся методом Носова. Карьерная влажность 17–20 %.Технологические свойства глины Дорожного месторождения: карьерная влажность 17 %; коэффициент чувствительности к сушке КЧС 1,53 – высокочувствительные к сушке; формовочная влажность и водозатворяемость 18 %; число пластичности 20 – относятся к категории среднепластичного глинистого сырья. Таким образом, глины месторождения «Дорожное» соответствует требованиям для производства керамического кирпича и представляет практический интерес для керамической отрасли [2].Методика экспериментальных исследований при подготовке керамических образцов включала: тщательную подготовку сырьевых материалов: тонкое измельчение сырья в шаровой мельнице до удельной поверхности500 м2/кг, распускание в пропеллерной мешалке и последующее вылеживание глиняной массы в течение 3, 4 и 5 суток во влажном состоянии. Сушка массы: при 60–80 °С в течение 6 часов, и при 100–120 °С в течение 1 суток.Образцы в форме кубиков размером 30×30×30 мм, 50×50×50 мм и балок размером 60×15×10 мм готовили методом полусухого прессования при влажности пресспорошка 6 %-12% (оптимальная влажность 8 %) и прессовом давлении 10, 20, 30 и 40 МПа (оптимальное давление прессования 30 МПа). Предварительная сушка проводилась при комнатной температуре (21–23 °С) 6 часов, и затем в сушильном шкафу при 50–60 °С 6 часов при 140 °С 12 часов до остаточной влажности сырца 1 %. Для выбора оптимальной температуры обжига образцы обжигали в интервале температур 600–1050 °С с выдержкой при максимальной температуре два и четыре часа [2, 4, 5].Полученные в результате исследований образцы кирпича полусухого прессования с наилучшими физико-механическими показателями после обжига при 950 °С (табл. 2) соответствуют ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Технические условия».Таким образом, полученные в результате исследований образцы соответствуют требованиям, предъявляемым к лицевому керамическому кирпичу.Для надежной работы кирпича в конструкции, обеспечения монолитности и прочности кирпичной кладки, важно не только выдержать требуемые характеристики кирпича, но также обеспечить и другие важные параметры [11–15]. Рассмотрим факторы, от которых зависит прочность каменной кладки. Таблица 2Физико-механические свойства керамических образцов после обжигаТобж, °СФизико-механические свойстваσсж,МПаσизг,МПаМ, циклρкаж,г/см3Пористость,%Водопоглощение,%Усадка, линейная, %95021,452,95501,7229,9416,021,61   Кирпичная кладка работает  в конструкции в сложном напряженном состоянии. Прочность и деформативность кладки будут определяться свойствами кирпича и раствора. Вследствие возникновения в кладке сложного напряженного состояния прочность ее существенно ниже сопротивления камня сжатию. Так, прочность кирпичной кладки на рядовых растворах составляет, как правило, не более 40 % прочности кирпича [7, 8]. Поэтому решение проблемы использования высоких прочностных свойств кирпича следует искать в применении новых видов раствора и совершенствовании технологии устройства кладки.С точки зрения повышения монолитности, трещиностойкости, долговечности кладки, улучшения ее работы при изгибе, растяжении, внецентренном сжатии, повышения сопротивления кладки при сейсмических и динамических нагрузках кладочные растворы должны обладать, хорошими водоудерживающей способностью, удобоукладываемостью, сцеплением раствора с каменным материалом, малыми усадочными деформациями [7, 11–15].При выборе компонентов кладки следует учитывать адгезию на границе контакта кирпича с раствором. Адгезионная прочность определяется физико-химическими характеристиками контактирующих поверхностей, шероховатостью поверхности и оказывает существенное влияние на монолитность кирпичной кладки. Адгезионную прочность определяют следующие факторы [13]:- энергия связей, действующих через поверхность раздела определяется химической природой адгезива и субстрата, наличием на поверхности субстрата и в структуре адгезива функциональных групп, способных к химическому взаимодействию;- число связей на границе раздела в результате химических реакций, действия межмолекулярных сил или диффузии зависит от площади контакта адгезива и субстрата;- дефектность границы раздела определяется смачиванием поверхности субстрата жидким адгезивом, возникновением остаточных напряжений на границе раздела «адгезив-субстрат»;- фазовый состав поверхности раздела определяет механизмы возникновения и распространения дефектов.Согласно данным научно-технической литературы [7, 8] в кладке из силикатного кирпича сцепление обеспечивается менее надежно, чем из керамического, несмотря на лучшие прочностные характеристики и обеспеченность в размерах и форме силикатного кирпича. Скорость водопоглощения керамического кирпича при контакта с раствором в 1,5 раза выше, чем с силикатным, а прочность сцепления кладочного раствора с силикатным кирпичом оказывается в 2–4 раза ниже, чем с керамическим. Поверхность силикатного кирпича менее шероховатая, мелкопористая, менее развитая по сравнению с глиняным кирпичом, что снижает прочность сцепления его с раствором за счет уменьшения эффекта механического сцепления.От величины усадочных деформаций раствора зависит прочность сцепления раствора с каменным материалом, а значит, и монолитность кладки. Усадка является нежелательным явлением, т.к. уменьшение объема системы приводит к возникновению внутренних напряжений и росту трещин внутри материала и на его поверхности [14, 15]. Это, в свою очередь, снижает модуль упругости и прочность изделия, особенно на растяжение, ухудшает его морозостойкость, отрицательно сказывается на долговечности.Применение традиционных цементно-песчаных растворов не обеспечивает требуемых показателей адгезии, усадки, однородности растворного шва, что снижает долговечность каменной кладки. В связи с этим возникает необходимость модификации строительных смесей добавками полимеров.Согласно данным научно-технической литературы и ранее проведенных исследований [7], кладочные составы, модифицированные водорастворимыми полимерами, предотвращают разупрочнение и трещинообразование кладки на стыке кирпича и раствора, улучшают физико-механические свойства кирпича и коэффициент использования прочности кирпича в кладке.При выборе добавок-электролитов следует учитывать состав их функциональных групп, что позволяет целенаправленно регулировать физико-механические и технологические показатели цементно-полимерных композиций в нужном направлении. Наиболее эффективными в кладочных цементных растворах являются модифицирующие добавки неионогенной природы [7, 9]. Актуальным направлением модификации кладочных растворов является использование отечественных полимеров взамен дорогостоящих импортных аналогов.Для приготовления кладочного раствора использовали портландцемент ПЦ ЦЕМ I 42,5Н ГОСТ 31108-2003 ЗАО «Белгородский цемент», кварцевый песок. В качестве модифицирующих добавок использовали неионогенные водорастворимые полимеры отечественного производства (табл. 3). Количество полимерной добавки составляло 0,5 % от массы цемента. Соотношение цемент:песок в растворе составляло 1:3 по массе. Подвижность растворов составляла 9 см по конусу СтройЦНИЛ.Основные физико-механические характеристики модифицированных кладочных растворов в сравнении с раствором без добавок представлены в табл. 4. Таблица 3Характеристики добавок водорастворимых полимеровДобавкаЭмпирическая формулаФункциональная группаВязкость 1%-го водного раствора, МПа∙сМетилцеллюлоза (МЦ)[-C6H7O2(OH)3-x(OCH3)n-]nметоксильная группа-ОСН352,73Оксиэтилцеллюлоза (ОЭЦ)[-C6H7O2(OH)3-x[-O-(-CH2- CH2-O-)q H]x-]nэтоксильная группа-ОСН2СН2ОН7,91Таблица 4Физико-механические свойства кладочных растворов и использованиемводорастворимых полимеров отечественного производстваДобавкаФизико-механические свойства растворов в возрасте 28 сутσсж,МПаσизг,МПаПрочность нормального сцепленияс силикатным кирпичом, кПаОбщая усадка, с учетомводоотделения растворов,  %-2870,082,50МЦ 0,5 %226,50,640,35ОЭЦ 0,5 %256,80,590,40   Сопоставляя данные, приведенные в табл. 4, можно сделать вывод, что добавки водорастворимых полимеров увеличивают прочность сцепления раствора с кирпичом и уменьшают общие деформации усадки кладочных растворов.Были проведены исследования по определению несущей способности кладки в условиях ее центрального сжатия на традиционном цементно-песчаном растворе и для сравнения на цементно-полимерном растворе с добавкой0,5 % МЦ [7]. С этой целью были приготовлены образцы-столбы кирпичной кладки размером 25×25×100 см; толщина растворных швов в кладке при этом составляла 12-15 мм. Кирпич применялся силикатный полнотелый утолщенный марки М150 производства АО «Стройматериалы». В результате проведенных экспериментальных данных было установлено, что несущая способность кладки на цементно-полимерном растворе на 20 % выше, чем на традиционном, а коэффициент использования прочности кирпича в кладке возрастает с 0,58 до 0,77.Согласно данных научно-технической литературы, силикатный кирпич обладает меньшей прочностью сцепления с кладочным раствором по сравнению с керамическим кирпичом. Сопоставляя полученные экспериментальные данные и теоретические факторы, определяющие работу кирпичной кладки, есть основание полагать, что использование разработанных авторами статьи керамического кирпича полусухого прессования и кладочных растворов, модифицированных добавками водорастворимых полимеров, позволит повысить эффективность работы кладки и использовать высокие прочностные показатели кирпича.Выводы. Поиск возможностей применения местного сырья отечественного производства для получения керамического кирпича показал, что полученные в результате исследований образцы соответствуют требованиям, предъявляемым к лицевому керамическому кирпичу.Разработанные рецептуры кладочных растворов на основе химических реагентов отечественного производства представляются экономически целесообразными с целью их дальнейшего совместного использования в каменной кладке и улучшения ее работы наряду с керамическим кирпичом на основе полиминеральных глин, приготовленного способом полусухого прессования.