Це́гла ( < сер.в-нім. ziegel < < , пор. «тигель») — штучний камінь форми паралелепіпеда, виготовлений з мінеральних матеріалів та підданий термічній обробці, що застосовується як будівельний матеріал. Окрема одиниця цегли називається цегли́ною.
Історія використовування
Цегла була найпоширенішим матеріалом для будівництва на стародавньому Близькому Сході. Існувало два типи: висушена на сонці (libittum) та випалена (agurrum), але компоненти були однаковими: глина, вода та висока температура. Випалену цеглу завжди формують у формах, але глиняну цеглу можна формувати вручну. Найдавніші цеглини в докерамічній епохі неоліту A–B виготовляються в дуже різних розмірах і формах: сигароподібні, булочкоподібні, кабаноподібні та прямокутні. Цей винахід сприяв зміні архітектурних конструкцій з круглих на прямокутні, що спричинило використання більш правильної цегли (дуже великих цеглин у керамічному неоліті). У період Самарри винахід дерев'яних форм для глиняної цегли сприяв стандартизації та заощадженню часу. Останнє нововведення було в періоді Урук – випалювання цегли в печі – відкрило подальший технічний прогрес: будівництво склепінь, оздоблення стін (глазурована цегла, художні колони), а також захист від води. Випалену цеглу використовували для певного використання: фундаменти, основи стін, ванні кімнати, підлоги та пороги. Глиняна цегла є більш поширеною та дешевшою і становить більшість тих, що використовуються для будівництва стін. У побутовій архітектурі співвідношення глиняної (висушеної на сонці) та випаленої цегли може допомогти встановити економічний статус сім'їBattini, L. (2012). Bricks and brick making, ancient Near East. The Encyclopedia of Ancient History..
Неможливо використовувати розмір цегли для встановлення точної дати будівель для ІІ та І тис. до н. е., оскільки одночасно використовувалися різні розміри, а також існують регіональні відмінності. Іноді цегла, яка є дуже типовою для певного періоду, може вказувати на дату будівлі, як-от Рімхен (період Урука) та плоскоопукла цегла (ранньодинастичний період).
Цеглу клали по-різному, з'єднували розчином, іноді покривали бітумом. Її виготовляли навесні протягом року селяни в сільській місцевості та більш професійні робітники в містах. Тексти згадують чоловіків, які спеціалізувалися на виготовленні цегли, перенесенні цегли та кладці цегли. Іноді в текстах згадується ціна цегли та кількість робітників за день, або приблизний час виготовлення, перенесення або кладки цегли. Орієнтовна сума витрат на будівництво величезна: 36 мільйонів на вавилонський Зикурат (робота тисячі чоловіків протягом одного року), 230 000 на будинок Сурки-Тілли (Šurki-Tilla’s house) в Нузі (три місяці для шести чоловіків).
У Біблії є згадка про цеглу як про будівельний матеріал при будівництві Вавилонської вежі близько 2000 р. до н. е. «І сказали вони один о́дному: „Ану, наробімо цегли, і добре її випалімо!“ І сталася цегла для них замість каменя, а смола земляна́ була їм за вапно» (Старий Заповіт, Буття 11-3).
Хоча аж до нашого часу в багатьох країнах широке розповсюдження мала невипалена цегла-сирець, часто з додаванням в глину різаної соломи, застосування в будівництві випаленої цегли також сходить до глибокої старовини (споруди в Єгипті, 3-2-е тисячоліття до н. е.). Особливо важливу роль грала цегла в архітектурі Месопотамії і Стародавнього Риму, де з цегли (45×30×10) викладали складні конструкції, зокрема арки, склепіння тощо.
Плінфа — тонка і широка глиняна пластина — завтовшки приблизно 2,5 сантиметра. Виготовлялася в спеціальних дерев'яних формах. Плінфу сушили 10-14 днів, потім випалювали в печі. На багатьох плінфах знаходять клейма, які вважаються клеймами замовника. Стандартна випалена цегла — приблизно з XVI століття.
До XIX століття техніка виробництва цегли залишалася примітивною і трудомісткою. Формували цеглу вручну, сушили тільки влітку, випалювали в тимчасових череневих печах, викладених з висушеної цегли-сирцю. В середині XIX століття були побудовані кільцева випалювальна піч і стрічковий прес, що зумовили переворот в техніці виробництва. В кінці XIX століття стали будувати сушарки. У цей же час з'явилися глинообробні машини: бігуни, вальці, глином'ялки. У наш час понад 80 % всієї цегли виробляють підприємства цілорічної дії, серед яких є великі механізовані заводи, продуктивністю понад 200 млн шт. на рік.
Технологія виробництва
Організація виробництва Організація цегельного виробництва має створити умови для двох основних параметрів виробництва: забезпечувати постійний або середній склад глини і забезпечувати рівномірну роботу виробництва. Для виявлення дійсних причин великої кількості браку на виробництві проводиться аналіз відповідності організації виробництва цим вимогам.
Цегельне виробництво належить до тих видів людської діяльності, де результату досягають тільки після тривалих експериментів з режимами сушіння і випалювання. Ця робота має проводитися за сталих основних параметрів виробництва. Неможливо зробити правильні висновки і відкоригувати роботу, не дотримуючись цього простого правила.
Неможливо виготовляти якісну продукцію за непостійного складу глини і продуктивності. Неможливо знайти причини браку, зменшуючи переробку, не маючи можливості контролювати і регулювати режим сушарки, не дотримуючись режиму випалювання в печі. Тоді неможливо визначити джерело браку: глина, видобування, переробка, формування, сушіння або випалювання.
Найкраща глина — це глина постійного складу, який з низькими витратами може забезпечити тільки багатоковшовий або роторний екскаватор. Цегельне виробництво потребує постійного складу глини в тривалому проміжку часу для дослідного підбору режимів сушіння і випалювання. Немає простішого і кращого способу отримати продукцію відмінної якості.
Стандартні розміри
Основний стандарт цегли у країнах світу: Країна В дюймах В міліметрах 9 × 4⅓ × 3 дюйм 230 × 110 × 76 мм 8½ × 4 × 2½ in 215 × 102,5 × 65 мм 9 × 4¼ × 2¼ in 228 × 108 × 54 мм 9 × 4¼ × 2¾ in 228 × 107 × 69 мм 9 × 4¼ × 2¾ in 240 × 115 × 71 мм 8¾ × 4 × 3 in 222 × 106 × 73 мм 9 × 4¼ × 2½ in 240 × 115 × 63 мм 7⅝ × 3⅝ × 2¼ in 194 × 92 × 57 мм 10 × 4¾ × 2½ in 250 × 120 × 65 мм 10 × 4¾ × 2½ in 250 × 120 × 62 мм
В Україні: Звичайна — 250 х 120 х 65 Потовщена — 250 х 120 х 88 Модульних розмірів — 288 х 138 х 63 «Камінь» — 250 х 120 х 138 Модульна одинарна — 288 х 138 х 65 Модульна подвійна — 288 х 138 х 138 Укрупнена — 250 х 250 х 138 З горизонтальними пустотами — 250 х 250 х 120 «Євро» — 250 х 85 х 65
Глина Якісна керамічна цегла виробляється з глини, видобутою дрібною фракцією з постійним складом мінералів. За постійного складу мінералів колір цегли при виробництві однаковий, що притаманне лицьовій цеглі. Родовища з однорідним складом мінералів і багатометровим шаром глини, придатним для видобування одноковшовим екскаватором, дуже рідкісні і вони вже майже всі розроблені.
Більшість родовищ містять багатошарову глину і найкращими механізмами, здатними при видобуванні робити глину середнього складу, вважаються багатоковшовий і роторний екскаватори. При роботі вони зрізають глину по висоті забою, подрібнюють її, і при змішуванні отримують середній склад. Інші типи екскаваторів не змішують глину, а видобувають її брилами. Робочі органи видобувних машин можуть мати незвичайні розміри: наприклад, на Михайлівському ГЗК колесо роторного екскаватора має діаметр 9,5 метрів.
Постійний або середній склад глини необхідний для підбору постійних режимів сушіння і випалювання. Не можна отримати якісну цеглу, якщо склад глини постійно змінюється, адже для кожного складу потрібний свій режим сушіння і випалювання. При видобуванні глини середнього складу один раз підібрані режими дозволяють отримувати якісну цеглу з сушарки і печі роками.
Якісний і кількісний склад родовища з'ясовується в результаті розвідки родовища. Тільки розвідка з'ясовує мінеральний склад, тобто які суглинки пиловані, глини легкоплавкі, глини тугоплавкі тощо містяться в родовищі. Найкращими глинами для виробництва цегли вважаються ті глини, які не потребують домішок.
Для виробництва цегли завжди використовується глина, непридатна для інших керамічних виробів. До ухвалення рішення про спорудження заводу на основі родовища проводяться промислові випробування придатності глини для виробництва цегли. Випробування проводяться за спеціальною стандартною методикою, що полягає в підборі технології для переробки.
Випробування дають відповідь на декілька поставлених питань. Є в родовищі шар однорідної глини, придатний для промислової розробки? Якщо немає, то придатний середній склад глини для виробництва цегли? Якщо немає, то які домішки потрібні для отримання якісної цегли? Яка потрібна техніка для видобутку і устаткування для переробки?
На цегельних заводах за допомогою машини відокремлюють від глини каміння і розминають її. В другій машині ця глина перемішується з піском та потрібною кількістю води. Третя машина вакуумує та стискує одержане тісто; з неї безперервно виходить товста і вузька глиняна стрічка. Стрічку розрізують на цеглини, які відвозять в сушарню.М. М. Скаткін // Природознавство: підручник для 4 класу. — К.: «Радянська школа», 1967. с.256 (сторінка:56)
Сушарки камерні Камерні сушарки завантажуються цеглою повністю і в них поступово змінюється температура і вологість за всім об'ємом сушарки, відповідно до заданої кривої сушіння виробів. Сушарки знаходять застосування для виробів електрокераміки, порцеляни, фаянсу і при незначних обсягах виробництва. Дуже важко регулювати режим сушіння.
Сушарки тунельні Тунельні сушарки завантажуються поступово і рівномірно. Вагонетки з цеглою просуваються через сушарку і проходять послідовно зони з різною температурою і вологістю. Тунельні сушарки добре працюють тільки з сировини середнього складу. Застосовуються при виробництві однотипних виробів будівельної кераміки. Дуже добре «тримають» режим сушіння при постійному і рівномірному завантаженні цегли-сирцю.
Сушіння Глина з погляду сушіння — це суміш мінералів, що складається за масою понад 50 % з частинок до 0,01 мм. До тонких глин відносяться частинки менше 0,2 мкм, до середніх 0,2-0,5 мкм і грубозернистим 0,5-2 мкм. У об'ємі цегли-сирцю є безліч капілярів складної конфігурації і різних розмірів, утворених глинистими частинками при формуванні.
Глини дають з водою масу, яка після висихання зберігає форму, а після випалення набуває властивостей каменю. Пластичність пояснюється проникненням води між площинами кристалічної решітки мінералів глини. Властивості глини з водою важливі при формуванні і сушінні цеглини, а хімічний склад визначає властивості виробів під час випалення і після випалення.
Чутливість глини до сушіння залежить від процентного співвідношенням «глинистих» і «піщаних» частинок. Чим більше в глині «глинистих» частинок, тим важче видалити воду з цеглини-сирцю без утворення тріщин при сушці і тим більше міцність цеглини після випалення. Придатність глини для виробництва цегли визначається лабораторними випробуваннями.
Якщо на початку сушіння в сирці утворюється багато пари води, то цей тиск може перевищити межу міцності сирцю і з'явиться тріщина. Тому температура в першій зоні сушарки має бути такою, щоб тиск пари води не руйнував сирець. У третій зоні сушарки міцність сирцю достатня для підвищення температури і збільшення швидкості сушки.
Режимні характеристики сушіння виробів на заводах залежать від властивостей сировини і конфігурації виробів. Режими сушіння, що існують на заводах, не можна розглядати як незмінні і оптимальні. Практика багатьох заводів показує, що тривалість сушіння можна значно скорочувати, користуючись методами прискорення зовнішньої і внутрішньої дифузії вологи у виробах.
Крім того, не можна не враховувати властивості глиняної сировини конкретного родовища. Саме у цьому і полягає завдання заводських технологів. Потрібно підібрати таку продуктивність лінії формування цегли і режими роботи сушарки цегли, за яких забезпечується висока якість сирцю при максимально досяжній продуктивності цегляного заводу.