CC BY
10Экономическая целесообразность производства клинкерного кирпича с использованием сырьевой базы Ингушетии
Ужахов Кархан Мочкиевич
кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Ингушский государственный университет».
Ульбиева Ирина Салаховна
кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВО «Ингушский государственный университет». ulbievai@mail.ru
Известным способом получения светлого лицевого кирпича из красновыпальных легкоплавких глин является дополнение от 15-50% карбонатной добавки в виде доломита. Более универсальным способом получения кирпича светлых тонов является добавка в шихту тонкомолотого мела в количестве от 15 до 30 %. Это дает возможность получить кирпичи от морковного, светло-розового до светло-желтого цвета. Осветление керамического черепка карбонатами определяется в основном образованием в процессе обжига железосодержащих минералов, соединяя оксиды железа - двухкальциевого феррита (2 Са0Fe203) и Мелита, твердого раствора геленина (2Са0Al203Si02) и железистого окерманита (2Сa0Fe02Si02). Различными исследованиями установлено, что для более интенсивного осветления черепка из красновыпальной глины необходимо увеличение температуры обжига изделий на 30-40 оС, увеличение удельной поверхности карбонатных добавок. Ключевые слова: Ингушетия, экономическая целесообразность, производство, клинкерный кирпич.
Развитие рынка кирпича в Ингушетии тесно связано с изменением объемов строительства, которые, в свою очередь, демонстрируют сильную зависимость от общего состояния экономики. Рынок кирпича отечественного производства ориентирован на внутреннее потребление [3].
Доля отечественной продукции составляет около 96% емкости рынка. Это связано с тем, что кирпич имеет преимущества в ценовом сегменте по сравнению с зарубежными аналогами. Среди других тенденций можно также выделить усиление фактора географической близости производителя к сырью [2].[16].
На современном этапе среди общих требований к зданиям и сооружениям из керамического кирпича на первом месте является их долговечность, которая помимо наличия исходных характеристик качества должна удовлетворять требованиям безопасности и эксплуатационной пригодности с надлежащей степенью надежности в течение заданного срока службы при различных видах воздействия, таких как нагрузки, климатические и технологические факторы, попеременное замораживание и оттаивание, агрессивное воздействие и др. При этом одной из основных задач является разработка, совершенствование средств и материалов для защиты, ремонта, восстановления, повышения эксплуатационной надежности и долговечности кирпичной кладки наружных стен [3, 4].
В настоящее время около 25% из общего объема возведенных конструкций фасадов многоэтажных и малоэтажных жилых домов в Ингушетии имеют многослойные наружные стены из кирпичной кладки. Несмотря на то, что за последние годы проведено большое количество исследований подобных конструкций, отсутствует надлежащим образом оформленная научно-правовая платформа их пригодности. В целом это обусловлено появлением инновационных строительных материалов, конструктивных решений зданий и прогрессивных технологий ведения строительных работ. Однако объемы строительства жилых мало-и многоэтажных домов с подобной конструкцией стен с кирпичной облицовкой неустанно увеличиваются во всех регионах РФ [10]. Выбор типов наружных и внутренних стен каменных зданий осуществляют с учетом климатических условий места строительства, наличия местных каменных материалов (керамического кирпича, пустотелых керамических и бетонных камней, природных камней, кирпичных панелей и блоков, теплоизоляционных материалов), а также тем-пературно-влажностного режима помещений.
Самым прогрессивным является способ теплозащиты зданий фасадными элементами с воздушными прослойками, что позволяет надежно защитить наружную стену от воздействия влажного атмосферного воздуха, а также от влаги, которая образуется в конструкции стены со стороны внутреннего слоя во время эксплуатации здания. Согласно [6], стены разделяют по
X X
о
го А с.
X
го т
о
2 О
м «
со см о см
со
о ш т
X
3
<
т о х
X
структуре на следующие: из сплошной кладки (один вид каменного материала); многослойные, выполняющие из двух или более слоев, из одного или разных материалов и с облегченной кладкой, в которой часть основного несущего материала заменяют воздушной прослойкой, теплоизоляционными плитами, камнями, минеральными засыпками и тому подобное.
Для достижения максимального эффекта тепло-и звукоизоляции наружной стены, ее сооружают в два или три слоя: первый-несущий слой (несущая стена из рядового кирпича, керамических блоков, ячеистых бетонов и т.д.); второй слой-теплоизоляционный (утеплители из минеральной ваты, пенополистирола), а третий - фасадный слой (наружная (фасадная) кладка из клинкерного или лицевого кирпича). Себестоимость многослойной конструкции стены при возведении зданий ниже, чем для зданий, теплофизические характеристики которых достигались увеличением толщины стены путем выкладки из сплошного или полого кирпича.
При этом стоимость погонного метра конструкции такой стены оказывается ниже на 40-50 %, чем в случае простого наращивания толщины стены. Кроме этого, за счет толщины стены можно сэкономить внутреннее пространство в помещении и снизить затраты на его отопление или охлаждение [8]. Стоит отметить, что стоимость трехслойной стены можно снизить за счет материалов для возведения зданий и сооружений.
Исследователями [2-5] разработан состав и способ производства лицевого кирпича светложелтого и кремового цветов на основе красновыпальной глины путем совместного сухого помола 15-90% глины с карбонатной добавкой в соотношении 1:1-3:1 к тонкости помола с остатком на сите 006 не более 10% и последующим смешиванием тонкодисперсного глинисто-карбонатного порошка с оставшейся глиной. Недостатком данного способа является необходимость гомогенизации смеси увлажненной глины и сухой тонкомолотой глинокарбо-натной добавки.
Недостатком использования карбонатсодержащих материалов (извести, мела, доломитовой муки) являются - при увеличении количества карбонатсодержащих приложений-уменьшение прочности на сжатие и увеличение водопоглощения лицевого кирпича
Таким образом, наиболее эффективным приложением, осветляющим красновыпальную глину при производстве керамического лицевого кирпича являются кар-бонатсодержащие материалы. Но при использовании их в качестве приложения возможно получить изделия светлых тонов, но при этом снижается качество лицевого кирпича. Этот вопрос так и остался технически не решенным.
Авторы [7] разработали керамическую массу для изготовления керамических изделий светлых тонов следующего состава: глина — 50 - 60%; мергель — 30 - 35 %, воластонит — 10 - 15%. Получение светоотражающего кирпича заключается в следующем: на первом этапе изготавливают минеральную добавку путем смешивания и измельчения карбонатной добавки (мергеля) и добавки, укрепляющей кирпич воластонитового концентрата в шаровой мельнице [11].
Шликер характеризуется плотностью 1,70-1,72 г\см2. Для обеспечения редко текучего состояния карбонатной суспензии вводится дополнительно смесь жидкого стекла и кальцинированной соды в соотношении 1:2. затем эту смесь смешивают с легкоплавкой красновыпаль-
ной глиной, которую дополнительно высушивают в сушильном барабане, формуют пластическим способом формования, высушивают и выжигают при температуре 1020 - 1030°с. При обжиге на 1020 °С в туннельной печи изделия характеризуются прочностью на сжатие — 35,5 - 36,3 МПа, при водопоглощении — 13,5 - 13,9% и морозостойкости более 35 циклов. Цвет изделий светло-желтый и кремовый [8].
Недостатком данного способа является изготовление минеральной добавки в шаровой мельнице, требующей дополнительного использования электролитов, т. к. СаО является коагулянтом. Кроме того, при смешивании шликера с сухой глиной возникает неравномерность перемешивания смеси. Следствием этого является разный тон лицевого кирпича. Использование сушильного барабана для сушки шихты увеличивает энергозатраты на производство кирпича.
Перед керамической промышленностью остро стоит задача снижения энергоемкости производства. В связи с этим очень важно достичь необходимые физико-технические и архитектурные свойства изделий при максимально возможном снижении энергозатрат на производство.
Приложения осветляющих компонентов отличаются содержанием СаО, что влияет на цвет кирпича, полученного из заявляемой массы. Чем больше содержимое СаО, тем более светлую окраску кирпича получаем. За счет использования карбонатсодержащих приложений с различным содержанием СаО мы расширяем цветовую гамму лицевого керамического кирпича, что получаем на основе разработанной керамической массы.
Приложения осветляющих материалов (мергель, мел, отходы цеха химводоочистки атомных станций), ка-олинитовые и гидрослюдисто-каолинитовые глины в композиции с легкоплавкой красновыпальной глиной при данном соотношении компонентов формируют оптимальную кристаллизационную структуру. На основе сформированной оптимальной кристаллизационной структуры, полученной при указанном соотношении компонентов, получены лучшие физико-технические свойства: большая прочность на сжатие и морозостойкость при меньшем водопоглощении керамического лицевого кирпича. Использование данных компонентов при указанном соотношении обуславливает также появление некоторого количества жидкой фазы при обжиге, что способствует интенсификации спекания керамической массы составов при снижении температуры на 30 - 50 оС [10].
Технологическая схема получения керамической массы следующая: шихта для изготовления кирпича светлых тонов получается путем измельчения глины и приложений на каскаде вальцов с использованием вальцов супертонкого помола (<0,8 мм). При необходимости возможно использовать бегуны для измельчения шихты. Шихта вылеживается в шихтохранилище в течение 7 - 14 суток с последующим формированием на вакуум-прессах пластической, жесткой и полужесткой экструзии, сушкой изделий в туннельной или камерной сушилке и обжигом в туннельной печи при максимальной температуре обжига 980 - 1000 0С.
С целью устранения комкования карбонатсодержащих добавок на каскаде валков возможно использовать сухое смешивание каолинитовой или гидрослюдисто-ка-олинитовой глины с карбонатсодержащими приложениями. При этом агрегаты карбонатсодержащих добавок распределяются между агрегатами каолинитовой или
гидрослюдисто-каолинитовой глины, что предотвращает комкование карбонатсодержащих компонентов. Таким образом мы увеличиваем эффективность последующего помола на каскаде валков до Тонины помола менее чем 0,8 мм и однородности керамической смеси.
Для предотвращения такого вида брака, как" дутик", с целью полного расклада СаСОЗ = СаО+СО2, вносимого в опытную шихту карбонатсодержащими добавками, в интервале температур 720-980 оС. необходимо предусмотреть изотермическую выдержку от 2 до 5 часов в зависимости от состава керамической шихты [12].
Благодаря этому, полученные изделия характеризуются однородной, бездефектной поверхностью светлых тонов.
Технико-экономическая эффективность внедрения данной разработки в производстве строительной керамики обуславливается производством керамического кирпича широкой цветовой гаммы (желтого, телесного, кремового и персикового цвета) для лицевания фасадов при низкотемпературном обжиге (980 - 1000оС), за счет чего уменьшаются расходы газа на обжиг изделий.
Литература
1. Kruzhilin, S., Baranova, T., Mishenina, M., & Zaitseva, M. (2018). Regional specificity creation of protective afforestations along highways. World Ecology Journal, 8(2), 22-32. https://doi.org/https://doi.org/10.25726/NM.2018.2.2.003
2. Габидуллин М.Г., Миндубаев А.А., Лыгина Т.З., Исламова Г.Г., Вассерман Д. Апробация возможности производства клинкерного кирпича на основе местных глин Республики Татарстан // Известия КГАСУ, 2010, №1(13).- С. 274-280.
3. Гречаников, А. В., Ковчур, А. С., Потоцкий, В. Н., Тимонов, И. А., Лятос, А. И. (2021), Исследование влияния содержания в исходном сырье осадков химической водоподготовки на физико-механические свойства тротуарной плитки, Вестник Витебского государственного технологического университета, 2021, № 1(40), С. 115.
4. Езерский В.А. Клинкер. Технология и свойства // Строительные материалы. 2011. № 4. С. 79-81.
5. Кара-Сал Б.К., Серен Ш.В., Сат Д.Х. Клинкерный кирпич на основе нетрадиционных материалов // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2018. № 4 (712). С. 51-58.
6. Коваленко, Н. М., Пашков, А. Н. (2010), Глины Латненской группы месторождений - перспективный теплоноситель бальнеологического применения, Вестник ВГУ, серия: Геология, 2010, № 1, С. 293-295.
7. Ковчур, А. С., Гречаников, А. В., Ковчур, С. Г., Тимонов, И. А., Потоцкий, В. Н. (2018), Керамический кирпич с добавлением осадков химической водоподготовки теплоэлектроцентралей, Труды БГТУ, 2018, Серия 2, № 2, С. 146-158.
8. Ковчур, А. С., Гречаников, А. В., Манак, П. И., Ковчур, С. Г. (2018), Комплексное использование неорганических отходов водонасосных станций и теплоэлектроцентралей: монография, Витебск, ВГТУ, 2018, 165 с.
9. Корепанова В.Ф., Гринфельд Г.И. Производство клинкерного кирпича на Никольском кирпичном заводе Группы ЛСР // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 10-13.
10. Котляр В.Д., Терёхина Ю.В., Котляр А.В. Особенности свойств, применение и требования к клинкерному кирпичу // Строительные материалы. 2015. № 4. С. 72-
74. DOI: https:// doi.org/10.31659/0585-430X-2015-724-4-72-74
11. Крайнов, А. В., Дмитриев, Д. А. (2017), Минерально-сырьевая база тугоплавких и огнеупорных глин Центрально-черноземного района и перспективы ее развития, Вестник ВГУ, серия Геология, 2017, № 4, С. 79-85.
12. Миндубаев А.А., Габидуллин М.Г., Рахимов Р.З. Моделирование и оптимизация клинкерных составов на основе модифицированных легкоплавких глин // Строительные материалы, 2013. - С. 26-29.
13. Первая в России линия по производству клинкерного кирпича готова к промышленной эксплуатации // Строительные материалы. 2014. № 3. С. 68-70.
14. Семенютина, А. В. Опыт интродукции хвойных растений в условиях сухой степи / А. В. Семенютина, М. В. Цой, В. В. Сапронов // Наука. Мысль: электронный периодический журнал. - 2021. - Т. 11. - № 1. - С. 17-32. -DOI 10.25726/17664-5483-8738-s.
15. Шлегель И.Ф. О рациональном применении клинкерного кирпича (в порядке обсуждения) // Строительные материалы. 2017. № 8. С. 42-44. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-751-8-42-43
16. Ужахов К.М., Котляр А.В. Сырьевая база Республики Ингушетия для производства клинкерного кирпича.// В сборнике: Актуальные вопросы современного строительства промышленных регионов России. Труды III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. 4-6 октября 2022г. Новокузнецк.
Economic feasibility of clinker brick production using Ingushetia's raw
material base Uzhakhov K.M., Ulbieva I.S.
Ingush State University, Magas, Republic of Ingushetia JEL classification: L61, L74, R53
A well-known method of obtaining a light face brick from red-bulk fusible clays is the addition of 15-50% carbonate additive in the form of dolomite. A more universal way to obtain light-colored bricks is the addition of finely ground chalk in an amount of 15 to 30% to the charge. This makes it possible to get bricks from carrot, light pink to light yellow. The clarification of the ceramic shard by carbonates is mainly determined by the formation of iron-containing minerals during firing, combining iron oxides - bicalcium ferrite (2cAFe2O3) and melite, a solid solution of gelatin (2CaOAl2O3SiO2) and ferruginous okermanite (2CAFE2SIO2). Various studies have found that for a more intensive clarification of the shard of red clay, it is necessary to increase the firing temperature of products by 30-40 oC, increase the specific surface area of carbonate additives.
Keywords: Ingushetia, economic feasibility, production, clinker brick. References
1. Kruzhilin, S., Baranova, T., Mishenina, M., & Zaitseva, M. (2018). Regional
specificity creation of protective affirmations along highways. World Ecology Journal, 8(2), 22-32.
https://doi.org/https://doi.org/10.25726/NM.2018.2.2.003
2. Gabidullin M.G., Mindubaev A.A., Lygina T.Z., Islamova G.G., Wasserman
D. Approbation of the possibility of producing clinker bricks based on local clays of the Republic of Tatarstan // Izvestiya KGASU, 2010, No. 1 ( 13).- S. 274-280.
3. Grechanikov, A. V., Kovchur, A. S., Pototsky, V. N., Timonov, I. A., Lyatos,
A. I. (2021), Study of the effect of chemical water treatment sludge content in the feedstock on physical and mechanical properties of paving slabs, Bulletin of Vitebsk State Technological University, 2021, No. 1(40), P. 115.
4. Ezersky V.A. Clinker. Technology and properties // Building materials.
2011. No. 4. S. 79-81.
5. Kara-Sal B.K., Seren Sh.V., Sat D.Kh. Clinker bricks based on non-
traditional materials // News of higher educational institutions. Construction. 2018. No. 4 (712). pp. 51-58.
6. Kovalenko, N. M., Pashkov, A. N. (2010), Clays of the Latnenskaya group
of deposits - a promising coolant for balneological applications, Bulletin of VSU, series: Geology, 2010, No. 1, pp. 293-295.
7. Kovchur, A. S., Grechanikov, A. V., Kovchur, S. G., Timonov, I. A.,
Pototsky, V. N. (2018), Ceramic brick with the addition of precipitates for
X X О го А С.
X
го m
о
2 О
м
CJ
chemical water treatment of thermal power plants , Proceedings of BSTU, 2018, Series 2, No. 2, pp. 146-158.
8. Kovchur, A. S., Grechanikov, A. V., Manak, P. I., Kovchur, S. G. (2018),
Integrated use of inorganic waste from water pumping stations and thermal power plants: monograph, Vitebsk, VSTU, 2018, 165 p.
9. Korepanova V.F., Grinfeld G.I. Production of clinker bricks at the Nikolsky
brick plant of LSR Group // Building materials. 2014. No. 4. S. 10-13.
10. V. D. Kotlyar, Yu. Features of properties, application and requirements for
clinker brick // Building materials. 2015. No. 4. S. 72-74. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2015-724-4-72-74
11. Krainov, A. V., Dmitriev, D. A. (2017), Mineral resource base of refractory and refractory clays of the Central Chernozem region and prospects for its development, Bulletin of the VSU, Geology series, 2017, No. 4, P. 79 -85.
12. Mindubaev A.A., Gabidullin M.G., Rakhimov R.Z. Modeling and optimization of clinker compositions based on modified fusible clays // Stroitelnye materialy, 2013. - P. 26-29.
13. The first line in Russia for the production of clinker bricks is ready for industrial operation // Construction materials. 2014. No. 3. S. 68-70.
14. Semenyutina, A. V., Tsoi, M. V., and Sapronov, V. V., Experience in the introduction of coniferous plants in the dry steppe, Nauka. Thought: electronic periodical. - 2021. - T. 11. - No. 1. - S. 17-32. - DOI 10.25726/l7664-5483-8738-s.
15. Shlegel I.F. On the rational use of clinker bricks (in order of discussion) //
Building materials. 2017. No. 8. S. 42-44. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2017-751-8-42-43
16. Uzhakhov K.M., Kotlyar A.V. Raw material base of the Republic of Ingushetia for the production of clinker bricks.// In the collection: Topical issues of modern construction of industrial regions of Russia. Proceedings of the III All-Russian scientific-practical conference with international participation. October 4-6, 2022 Novokuznetsk.
fO CN
o
CN fO
O HI
m x
3
<
m o x
X
