Для ровного основания в большей степени подходят постелистый камень или бутовая плита, поскольку они укладываются достаточно плотно и крепко связываются с раствором.
Искусственным материалом является кирпич, который производится из глины посредством сухого или пластического прессования с последующими сушкой и обжигом. Это основной материал, из которого выполняются печи.
Помимо окислов железа, глины могут содержать крупные камнеобразные фрагменты и различные примеси, которые подлежат обязательному удалению. Примеси сульфатов и гипса после специальной обработки переходят в разряд нерастворимых. Если от них не избавляться, то на кирпиче появятся выцветы, налет, что снижает качество материала.
Чтобы получить хороший кирпич, требуется соответствующее сырье. При недостаточной обработке глиняной массы кирпич оказывается слоистым и подверженным трещинообразованию.
Есть несколько разновидностей кирпича. Это прежде всего обыкновенный глиняный кирпич (его еще называют красным, поскольку содержит окислы железа, придающие кирпичу характерный цвет), который после сушки проходит стадию обжига при температуре 800 – 1000 °С. Кирпич-сырец первоначально высушивается 8 – 12 дней, после чего подвергается обжигу, который осуществляется в три этапа: в виде выпаривания, дегидратации и спекания. На это уходит еще примерно 8 – 12 дней. Далее кирпич столько же времени отпускается, то есть постепенно остывает. Форсировать этот процесс нельзя, так как качество кирпича может резко ухудшиться.
В высушенном кирпиче-сырце еще остается много гигроскопической влаги, которая на первых стадиях обжига выпаривается. Из материала активно выделяется пар, кирпич как будто дымится. При этом необходимо строго соблюдать технологию и не допускать снижения тяги, в противном случае кирпич запаривается, размягчается и деформируется. Постепенно температура повышается до 200 °С, после чего влаги в кирпиче практически не остается.
Чтобы удалить различные летучие вещества, содержащиеся в исходном сырье (глине), необходимо осуществить дегидратацию (обезвоживание и окисление) кирпича, для чего температура увеличивается до 700 °С. При этом из глины испаряется химически связанная вода, выгорают сера и уголь, закись железа трансформируется в окись.
После названных этапов температура в камере становится еще более высокой и доводится до уровня, необходимого для обжига. Она повышается настолько, что вещества, содержащиеся в глине, расплавляются и спекаются, в результате чего глиняный брусок превращается в единое целое и приобретает соответствующую прочность. При этом глина изменяет свой цвет на красный, кирпич получается нормальной пористости, при постукивании по нему молотком издает чистый металлический звук, при падении не рассыпается, а разлетается на крупные куски, поддается колке и теске.
Но в процессе обжига в отдельных участках камеры температура превышает необходимые значения или, напротив, не дотягивает до них. В первом случае глина плавится чрезмерно, темнеет, покрывается стеклообразной пленкой. Так получается пережженный кирпич, или железняк. Он отличается повышенной прочностью, с трудом колется, плохо сцепляется с раствором и оказывается непригодным для печной кладки. Как правило, он используется для устройства фундаментов.
Кирпич, который образуется во втором случае, приобретает бледно-розовую окраску, бывает очень пористым, поэтому сильно впитывает воду, нередко покрыт тончайшими трещинами, отчего при падении рассыпается на мелкие фрагменты, издает глухой звук. Такой кирпич называется алым или недожженным. Для печной кладки он не подходит, и применение его ограничено: как правило, им выкладываются неответственные участки печи.
Нормально обожженный кирпич имеет стандартные размеры 250 Ч 120 Ч 65 мм (допуски имеются, но они незначительные, в частности для кирпича пластического прессования по длине они составляют 4 мм, по ширине и толщине – 3 мм; для кирпича полусухого прессования – 3 и 2 мм соответственно).
Кирпич весит 3,5 – 3,8 кг, по прочности на сжатие различаются следующие марки: м300, 250, 200, 150, 125, 100, 75 кг/м2.
Качественный кирпич по форме является параллелепипедом, отличается прямыми ребрами, хорошо оформленными прямыми углами, ровными гранями, без трещин, сколов и других дефектов. Объемная масса кирпича равна 1700 кг/м2. 480 кирпичей образуют 1 м2 сплошной кладки, в зависимости от толщины швов это количество может уменьшаться в той или иной степени: чем толще швы, тем это более заметно.
Кирпич от старых печей может быть использован повторно, если его качества не изменились в худшую сторону. Он обязательно сортируется, очищается от раствора и применяется для кладки фундамента и разделки труб.
Кирпич, полученный при разборке кирпичных стен, непригоден для кладки массива печи и применяется только при заложении фундамента и выполнении тех частей труб, которые возвышаются над крышей.
В топливнике печи и в первом дымовом канале температура бывает особенно высокой, и от нее обыкновенный глиняный кирпич быстро разрушается, что влечет за собой необходимость ремонтировать печь.
Поэтому для кладки в таких ответственных местах используется тугоплавкий кирпич, изготовленный из особых глин, которые отличаются высокой огнестойкостью и прочностью (как правило, по названию местности, где глина добывается, дается наименование и кирпичу). Такие качества характерны для гжельского кирпича, топливник из которого выдерживает температуру 900 – 1000° С.
Огнеупорный гжельский кирпич предназначается для футеровки топливников. В состав тугоплавкой глины входит мелкий кварцевый песок (поэтому глина называется песчанкой), при этом какие-либо щелочи отсутствуют. Кирпич из такого сырья получается ровным, прочным, огнестойким, белого цвета.
Еще более огнестойким считается боровичский кирпич, который производится из шамота – порошка из обожженной и измельченной огнеупорной глины. Кирпич, полученный из такого сырья, называется шамотным и рассчитан на температуру до 1700 °С.
Размеры шамотного кирпича отличаются от обыкновенного глиняного и составляют 250 Ч 123 Ч 65 и 230 Ч 113 Ч 65 мм.
Подовый – еще одна разновидность кирпича, который производится из огнеупорной или обыкновенной глины.
Под в печах, предназначенных для выпечки хлеба, выполняется из брусков, которые имеют такие размеры: 225 Ч 225 Ч 70 мм, что объясняется необходимостью сократить количество швов и добиться более ровной и гладкой поверхности (это облегчает перемещение форм с хлебом и другой посуды).
Не подходят для печного дела силикатный, пустотелый и поризованный кирпичи.
Еще один искусственный строительный материал – это бетонные камни, образующиеся после отвердения бетонного раствора, в состав которого входят цемент, заполнители и вода. Бетон используется для заложения фундамента под печь. В соответствии со свойствами заполнителей различаются холодные, теплые и жаростойкие бетоны.
Все компоненты бетонной массы должны быть чистыми. При наличии примесей и загрязнений материалы промываются.
Производится бетон разных марок и густоты. В зависимости от последнего свойства уплотнение бетона бывает различным. Жесткая бетонная смесь нуждается в сильном уплотнении; пластичная, то есть менее густая и более подвижная, утрамбовывается меньше; литая масса заполняет опалубку без дополнительных усилий, но ее необходимо штыковать во избежание образования воздушных карманов. Густота бетона определяется количеством добавленной воды.
Ее избыток приводит к тому, что смесь расслаивается, вследствие чего прочность бетона уменьшается.
Если в бетонный раствор положить арматурные прутки, получится железобетон.
Чтобы сэкономить цемент, в раствор вводятся заполнители, которые должны быть правильно подобраны по размеру. Если гравий, песок и щебень будут представлены фракциями разного размера, то в растворе не останется пустот. Считается, что объем пустот в песке, гравии и щебне не должен превышать 37, 45 и 50 % соответственно. Чем меньше пустот в крупном заполнителе (щебень и гравий), тем меньше понадобится песка и цемента.
Чтобы получить заполнитель необходимого размера, его просеивают через сито с ячейками диаметром 80, 40, 20, 10, 5 мм (для щебня и гравия) и 5; 2,5; 0,5; 0,3; 0,15 (для песка).
Бетон разных марок содержит определенное количество каждого компонента. Поскольку фундамент под уличную печь заливается, то есть используется очень пластичный раствор, то приводим соответствующие составы, рассчитанные на применение портландцемента М 400, причем на первом месте цемент, на втором песок, на третьем гравий (щебень):
1) бетон М 75 – 1 : 3 : 4,4;
2) бетон 100 – 1 : 2,6 : 4,2;
3) бетон М 150 – 1 : 2 : 3,5.
При приготовлении бетонного раствора все составляющие отмеряются массовыми частями. Методика одинакова для всех разновидностей бетона (холодного, теплого, жаростойкого), поэтому представим ее на примере первого.
Отмеренные заполнители и вяжущее помещаются в ящик или на боек, где перемешиваются в сухом виде в такой последовательности. Сначала песок насыпается грядкой, на него цемент, после чего компоненты перемешиваются (гарцуются) до получения однородной массы. Далее к ней добавляется крупный заполнитель (гравий или щебень), с которым они также перемешиваются, потом смесь затворяется водой (состав поливается из лейки, а не из ведра) и перелопачивается до тех пор, пока масса не станет однородной и достаточно густой (количество воды зависит от того, какой консистенции нужен раствор). В таком виде она готова к применению и должна быть использована в течение часа.
Прочность и надежность кладки печи в немалой степени зависят от качества раствора и бетона, которые при этом используются.
Раствор представляет собой смесь, составленную из вяжущего (их может быть и несколько), заполнителя и воды и применяющуюся для связывания материалов печи в единое целое.
Растворы классифицируются на простые (глиняные, цементные, известковые) и сложные, или смешанные. В состав первых входят одно вяжущее и один заполнитель, что обозначается формулой 1 : 1, в которой на массовую часть вяжущего (первая цифра) приходится такое количество заполнителя (вторая цифра). В формулах сложных растворов на первом месте стоит цемент (одно вяжущее), на втором известковое или глиняное тесто (второе вяжущее), а на третьем заполнитель, например 1 : 1 : 6. Нередко массовые части обозначаются не целыми единицами, а десятыми долями, например 1 : 2,5.
Основное качество раствора – пластичность, от которой зависит, насколько удобно будет осуществлять кладку. Жирные растворы относятся к более пластичным, но после их высыхания не исключено появление трещин. Тощие растворы трудны в использовании и не отличаются необходимой прочностью. Наиболее предпочтительными являются растворы средней пластичности (нормальные), которые лишены перечисленных недостатков тощих и жирных растворов, то есть обеспечивают прочную связь элементов кладки, не покрываются трещинами и дают наименьшую усадку. Густота раствора определяется тем количеством воды, которое вливается для затворения смеси. Во избежание засорения растворы хранятся в закрытой емкости. Поскольку известковые, цементные и сложные растворы содержат щелочь, то при работе с ними необходимо защищать кожу рук, используя рукавицы, и брать раствор кельмой.
Для кладки печей используется глинопесчаный раствор. Оптимальный состав получается из кирпича-сырца, который размачивается в воде, перемешивается и процеживается сквозь сито с мелкими ячейками. В него не требуется добавлять песок; воды должно быть столько, чтобы раствор получился нужной густоты. Начинающему мастеру трудно по внешним признакам определить качество глины и подобрать оптимальный состав из глины и песка, это под силу только опытному печнику. Но можно провести тестирование, чтобы точно определить, какое количество песка следует добавить в глиняное тесто.
Для этого надо взять пять порций глины, например по 0,5 л, затворить ее водой для получения крутого глиняного теста, которое следует вымесить до такого состояния, чтобы оно перестало липнуть к рукам. В подготовленное таким образом тесто необходимо добавить разное количество песка: в первую порцию не вводить вообще, в остальные – 10, 25, 75 и 100 % соответственно.
Самый простой способ проверки состоит в том, чтобы из образцов скатать по 2 – 3 шарика и такое же количество лепешек и оставить их на 8 – 10 дней в помещении, где нет сквозняков. По прошествии этого времени можно оценить результаты. Если лепешки не покрылись трещинами, а шарик, брошенный с высоты 75 – 100 см, не рассыпался, то образцы считаются подходящими.
Более серьезная проверка проводится двумя способами. При первом из глины надо скатать 2 – 3 шарика диаметром 50 мм, поместить их между двумя дощечками и давить, пока они не пойдут трещинами. По характеру трещин можно судить о пластичности глиняного раствора:
1) шарик из тощей глины практически при первом усилии распадется на части;
2) глина малой пластичности при сжатии примерно на четвертую или пятую часть диаметра даст крупные трещины;
3) шарик из средней по пластичности глины при сжатии на треть диаметра покроется такими же, как в предыдущем случае, трещинами;
4) образец из высокопластичной глины даже при сжатии до половины диаметра образует лишь тонкие узкие трещины.
При приготовлении глиняного раствора предпочтение следует отдать глине средней пластичности. Остальные можно использовать, предварительно добавив в жирную глину песок, а в тощую – жирную глину.
При испытании вторым способом из глины скатываются жгутики диаметром 15 – 20 мм и длиной 200 – 250 мм. Далее можно либо попытаться их растянуть, либо обвить вокруг деревянного стержня диаметром 40 – 50 мм.
На то, что глина тощая, укажет следующее: жгутик практически не растягивается, при разрыве оставляет неровный край, а при попытке накрутить его на стержень покрывается многочисленными трещинами.
Если глина имеет среднюю пластичность, то она растягивается и плавно обрывается. Толщина в этом месте составляет 15 – 20 % от диаметра жгутика. Обвитый вокруг стержня, он дает мелкие трещины.
Жгутик из жирной глины отлично растягивается, а разорвавшись, оставляет острый кончик. При сгибании никаких трещин на нем не обнаруживается.
Но однократный опыт не может служить критерием выбора. Испытания надо повторить 2 – 3 раза. В конечном итоге это поможет взять именно ту глину, которая лучше всего подойдет для приготовления глиняного теста и для кладки печи. Глина средней пластичности устойчива к температуре 800 – 1000 °С, сохраняет прочность и не выделяет вредных веществ. Особенно важно, что при нагреве и охлаждении глина в равной мере с кирпичом изменяет свой объем, благодаря чему кладка не разрушается в течение длительного времени.
Итак, глина для приготовления раствора выбрана. Теперь нужно отмерить необходимое количество, чтобы продолжить дело.
Потребность в растворе исчисляется литрами или ведрами (объем 10 л). Для 100 штук кирпича, укладываемого на пласть (в плашку, как говорят профессионалы), при разной толщине швов потребуется различное количество раствора: при шве толщиной 10 мм понадобится 40 л, при 9 мм – 36 л, при 8 мм – 32 л, при 7 мм – 28 л, при 6 мм – 24 л, при 5 мм – 20 л, при 4 мм – 16 л, при 3 мм – 12 л, при 2 мм – 8 л. Эти данные могут служить ориентиром при кладке любой печи, хотя для русской необходимо больше раствора.
Поскольку необходимо стремиться к тому, чтобы делать швы минимальными, то компоненты раствора (песок и глину) следует просеять через сито с размером ячеек 3 Ч 3 мм (при отсутствии такого в магазине его можно изготовить самостоятельно из жести или алюминия; для этого в листе нужного размера проделываются отверстия диаметром 3 мм (их надо располагать максимально близко друг к другу), после чего лист прибивается к раме).
Чтобы приготовить раствор, глина помещается в емкость (ящик или бочку), заливается водой, разминается и оставляется для набухания на 1 – 2 дня. Потом перемешивается, при обнаружении комков ее следует еще сутки продержать в емкости. По прошествии этого времени из глины приготавливается глиняное тесто, для чего достаточно влить в емкость с ней воду. Полученный состав должен иметь консистенцию сметаны. Далее тесто надо процедить и оставить в таком состоянии (чем больше пройдет времени с момента затворения, тем будет лучше качество глиняного теста).