Для устройства печей применяют всевозможные материалы, обладающие различными физическими свойствами, приборы и приспособления. Из физических свойств наиболее важны огнеупорность и тепловое расширение, поскольку отдельные части печей в процессе их топки подвергаются разным температурным воздействиям, к тому же материалы в зависимости от нагревания расширяются неодинаково. В печных работах это особенно относится к изделиям из металла, что приводит к разрушению или расстройству печной кладки. Например, стальной стержень длиной 1000 мм при нагревании его от комнатной температуры до 100o C удлиняется на 1,2 мм. При более сильном нагревании он расширяется еще больше. Учитывая тепловое расширение металла, его весьма ограниченно применяют в печных работах, особенно для внутрипечной кладки. В печных работах нельзя применять горючие материалы или же материалы способные плавиться при высоких температурах, а также материалы деформирующиеся от нагревания.

Основные материалы

Каменные материалы. К ним относятся песчаник, известняк и бутовый камень. В основном их применяют для кладки под печи.
Песчаник - прочная порода, состоящая из зерен песка, скрепленных между собой глиной или известью.
Известняк - прочный материал, несколько уступающий по крепости песчанику.
Бутовый камень - общее название каменных пород, в том числе и вышеперечисленных. Бутовый камень подразделяют на рваный, неопределенной формы; округлый булыжник, гладкий; постелистый - плоские камни; бутовую плиту - плоские каменные плиты. Для получения ровного основания лучше всего применять постелистые камни или бутовую плиту. Они более плотно укладываются и надежно сцепляются с раствором.

Кирпич - искусственный камень, получаемый из хорошо подобранной глины с последующим пластическим или полусухим прессованием, сушкой и обжигом. Он служит основным материалом для кладки печей. Изготовляют несколько разновидностей кирпича. Кирпич глиняный обыкновенный, или красный, после сушки обжигается при температуре от 800 до 1000o C. В процессе обжига отдельные частицы глины плавятся и связывают всю массу кирпича в одно целое, придавая ему необходимую прочность. Глина при обжиге изменяется в цвете и становится красной или кирпично-красной. Не во всех местах печи температура в процессе обжига бывает одинаковой. Там, где она больше 1000o C, глина сильно плавится, в результате чего темнеет и частично покрывается стекловидной пленкой. Так получается пережженный кирпич, или железняк. Он очень прочный, плохо колется, слабо связывается с раствором и непригоден для печной кладки. Его применяют для устройства фундаментов под печи и здания.

Если температура не превышает допустимых пределов, то выходит нормально обожженный, или красный кирпич соответствующей пористости. При простукивании такой кирпич издает чистый металлический звук, хорошо колется, поддается тесанию, при падении не рассыпается, а раскалывается на крупные куски. В местах с недостаточной температурой получается алый, или недожженный, кирпич (недожег) с бледно-розовой окраской. При простукивании он издает глуховатый звук, падая, рассыпается на мелкие куски, очень порист и сильно поглощает воду. В печных работах его используют ограниченно, в неответственных местах. Учитывая вышесказанное, для печных работ кирпич рекомендуется отбирать.

Кирпич изготовляют размером 250*120*65 мм, с некоторыми допусками, которые зависят от прессования. При пластическом прессовании могут быть плюсовые или минусовые допуски до 4 мм по длине, и до 3 мм по ширине и толщине, при полусухом прессовании - 3 и 2 мм соответственно. Масса кирпича равняется 3,5 - 3,8 кг. Марка на сжатие - не менее 300, 250, 200, 150, 125, 100 и 75 кг/см2. Кирпич, которому в установленном порядке присвоен государственный знак качества, имеет марку не ниже 125. Кирпич должен иметь форму прямоугольного параллелепипеда, с прямыми ребрами и углами, с четкими гранями и ровными лицевыми поверхностями, без сквозных трещин и т.д. Объемная масса обыкновенного кирпича - около 1800 кг/м3.

В кубическом метре сплошной кладки укладывается около 380 кирпичей. Если кирпич при разборке печей не потерял свою форму и прочность, его можно употребить вторично, но с обязательной очисткой от раствора и сортировкой. В зависимости от состояния, его применяют для кладки фундаментов, труб, последние затем оштукатуривают. Кирпич, полученный от разборки стен зданий, сложенных на известковом растворе, для кладки самих печей непригоден. Его используют для кладки фундаментов и верхних частей дымовых труб (над крышей). Не разрешается применять для кладки печей и дымоходов силикатный, пустотелый и дырчатый кирпич.

В топках печей и первом дымовом канале, где температура очень высокая, особенно при сжигании каменного угля, обыкновенный (красный) кирпич быстро разрушается и печь приходится ремонтировать или перекладывать. Поэтому в таких местах следует применять тугоплавкие кирпичи, изготовляемые из глин повышенной огнестойкости и прочности. Они носят название той местности, в которой их изготовляют. Наибольшую прочность и повышенную огнестойкость имеет белый по цвету, ровный гжельский и боровичский кирпич. Он выдерживает температуру от 900 до 1000o C. Применяют его для облицовки топливников печей, в которых сжигают дрова и торф.

Огнеупорный шамотный кирпич выдерживает температуру до 1200o C (для класса А). Им облицовывают, или футеруют, топливники печей, предназначенных для сжигания каменного угля. Изготовляют его путем смешивания шамота-порошка из обожженной и размолотой огнеупорной глины. Размеры этого кирпича 250*123*65 и 230*113*65 мм. Тугоплавкий и огнеупорный кирпичи на всех рисунках заштрихованы в клеточку. Подовый кирпич в основном применяют для выстилки пода в хлебопекарных и русских печах. Чтобы получить более гладкую поверхность и уменьшить количество швов, его изготовляют размером 225*225*70 мм из обыкновенной или огнеупорной глины.

Глина обыкновенная (или красная) представляет собой остатки выветрившихся горных пород, состоящих из мельчайших частиц в виде чешуек. Обычно она встречается в виде грунта в сухом или слегка влажном состоянии с примесью песка, извести, слюды и т.д. В зависимости от количества примесей глина подразделяется на жирную, среднюю и тощую. В жирной глине содержится 2-3% песка, в средней - около 15%, а тощей - около 30%. Глина может впитывать большое количество воды, увеличиваясь при этом в объеме (разбухает), образуя тесто. При высыхании объем ее уменьшается, а на поверхности появляются трещины. При нагревании глины от 400 до 700o C она сначала начинает отдавать воду. После полной отдачи воды глина становится пористой, а затем постепенно плавится или спекается. При замерзании, начиная с 0o C, она вспучивается и увеличивается в объеме. Тесто из глины пластично, легко принимает и сохраняет приданную форму. Пластичность глины зависит от размера частиц глиняного вещества, примесей и других причин. Усушка глины средней пластичности - 6-8%, тощей - меньше 6%. Чистую от примесей глину применяют для изготовления огнеупорных изделий.

Обыкновенную (или красную) глину применяют в виде раствора для кладки печных массивов, - печей из обыкновенного красного кирпича. Гжельскую и другие тугоплавкие глины применяют для кладки стен топливника и первых (жаровых) каналов, выполняемых из гжельского или огнеупорного кирпича. Из огнеупорной глины выкладывают стены топливника и первый восходящий канал в печах, работающих на антраците, каменном угле или жидком топливе.

Песок. Песок используют как заполнитель в глиняных растворах для кладки печей. Он должен быть чистым, не иметь примесей ила, извести, растительных остатков и других загрязняющих его веществ. Лучшим песком является горный с шероховатыми поверхностями. Речной песок менее пригоден, так как его зерна имеют округлую, гладкую форму и он меньше сцепляется с глиной. Загрязненные пески промывают. Песок добавляют в обыкновенную и тугоплавкую глины, и особенно в жирные. Чем жирнее глина, тем больше добавляется песка, и наоборот. В огнеупорные глины вместо песка добавляют шамот. Песок, добавляемый в растворы, должен быть мелким, с зернами величиной не более 1 мм, что дает возможность получить самые тонкие швы, тем самым повышая прочность кладки печей.

Вода. Лучшей водой для кладки печей считается дождевая или речная. В воде не должно быть примесей солей, кислот и щелочей. Жесткая вода в печном деле нежелательна. Воспрещается применять воду из луж.

Известь строительная. Ее изготовляют путем обжига известняков в специальных вращающихся или шахтных печах. Она бывает кальциевая, магнезиальная и доломитовая первого, второго и третьего сортов. После обжига получается комовая известь - кипелка. Делится на быстрогасящуюся - не более 8 мин, среднегасящуюся - не более 25 мин и медленногасящуюся - более 25 мин гашения. Из умело погашенной извести получается высококачественное известковое тесто и в большом количестве, и наоборот. Хранить комовую известь необходимо в сухих сараях (местах) на дощатом полу. В сырых местах она постепенно гасится, превращаясь в пушенку - тонкий порошок. Лучше всего известь-кипелку погасить в тесто, которое в надлежащих условиях может храниться десятками лет, улучшая при этом свои вяжущие свойства. Известь применяют для приготовления растворов, употребляемых для кладки фундаментов под печи и оголовки труб, расположенных выше крыши. На этом растворе выкладывают коренные трубы высотой до двух этажей.

Цементы - вяжущие вещества высокой прочности. Изготавливаются пять марок цемента с пределом прочности: 300, 400, 500, 550 и 600 кгс/см2. Бывают портландцементы и портландцементы с минеральными добавками, шлакопортландцементы, а также быстротвердеющие портландцементы и шлакопортландцементы. Они быстро схватываются по сравнению с глиной и известью. Начало схватывания - не ранее 45 мин после затворения сухой смеси водой, конец схватывания - не позднее 12 ч. Из них приготовляют цементные растворы или их добавляют в глиняные и известковые растворы для придания прочности. Хранить цементы надо в сухих местах, лучше в полиэтиленовых, плотно завязанных мешках. От соприкосновения с воздухом цементы постепенно снижают свои качества. Цементные растворы применяют в тех же случаях, что и известковые.

Вещества вяжущие, известь содержащие, гидравлические. Изготовляют четырех марок с пределом прочности: 50, 100, 150 и 200 кгс/см2. Начало схватывания должно наступать не ранее 25 мин, а конец схватывания - не позднее 24 ч от начала затвердевания. Применяют для тех же целей, что и рассмотренные выше известь и цементы.

Бетон - очень прочный искусственный материал. Для получения бетонной массы приготовляют сухую смесь правильным подбором цемента, мелких и крупных заполнителей, затем затворяют ее водой. Укладывают его в течение часа. Можно приготовить бетон разной прочности, но не выше марки применяемого цемента. Заданную прочность бетона подбирают специально в лабораториях и данные выдают на заводы или строительные объекты. Если бетоном залить стальную арматуру или стальную сетку, то получится железобетон. Армируют бетон по расчету. Жароупорный бетон выдерживает температуру до 1200o C. Бывает он разных составов, материалы для его приготовления отмеряют в соответствии с рецептурой весовыми частями. Для блоков топливника бетон приготовляют из портландцемента марки не ниже 400 (1 часть), щебня из огнеупорного кирпича (2 части), песка из огнеупорного кирпича (2 части), пылевидные тонкомолотые добавки из шамота (0,33 части).

Гипс - порошок белого цвета, быстро твердеет при смешивании с водой (схватывается) и применяется как добавка к известковым растворам для ускорения их схватывания. Является также составной частью раствора, применяемого для оштукатуривания печей.