ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗОЛЬНОГО КИРПИЧА
12 3
Джаббарова Н.Э. , Надирова Ф.С. , Исмайлова Р.А.
1Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент;
2Надирова Фарида Сеймур кызы - магистр;
3Исмайлова Рена Авазага-кызы - кандидат химических наук, доцент; кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: изучены свойства - усадка, пористость - зольного кирпича. Установлено, что введение добавки зольных остатков от 10-50 % приводит к уменьшению усадки зольного кирпича, особенно при максимальной температуре обжига 11000С. Сравнение пористости кирпичей, обожженных при 800, 900 и 1100 °С, демонстрируют тенденцию к ее повышению с добавлением золы. У всех кирпичей, обожженных при 800 °С, пористость уменьшается при добавлении до 20% золы, а затем снова увеличивается.
Ключевые слова: отходы производства, зольные остатки, усадка, пористость, кирпич.
УДК 691.32
Значительный быстрый рост как численности населения, так и промышленной активности в Азербайджане предоставил большие возможности для развития, но сопровождался серьезными экологическими проблемами. С помощью этого исследования мы стремимся решить одну проблему, а именно беспрецедентный спрос на строительные материалы, обусловленный ростом населения, за счет использования другой - производства огромного количества неопасных отходов в результате промышленной деятельности [1-5].
Исторически сложилось так, что обожженный глиняный кирпич является наиболее часто используемым строительным материалом из-за его низкой себестоимости и доступности глины по всей стране. Несмотря на давнее доминирование обожженного глиняного кирпича в качестве предпочтительного строительного материала для жилья, ряд экологических проблем, связанных с его производством, вызывают озабоченность по поводу будущего использования Производство обожженных глиняных кирпичей является энергоемким процессом, поскольку кирпичи обжигаются при температурах выше 1000 °C, что делает эту отрасль третьим по величине потребителем топлива. Кроме того, частое использование устаревшей технологии обжига в печах приводит к значительному загрязнению воздуха в виде диоксида углерода, монооксида углерода, диоксида серы, оксидов азота, сажи и твердых частиц.
Еще одной серьезной экологической проблемой, связанной с производством кирпича, является деградация верхнего слоя почвы, добываемого для производства кирпича, что быстро сокращает количество орошаемых земель [6-9].
Вышеупомянутые проблемы, среди прочего, включая экстремальные, трудоемкие условия труда, побудили исследователей к изучению альтернативных решений для производства кирпича, такие как бетонные или цементно-стабилизированные земляные блоки пр.
Ранее нами было изучено влияние зольных остатков переработки твердых бытовых отходов (Балаханинский Промышленный Парк, г.Баку) на прочность керамического кирпича [10]. Настоящая работа является продолжением изучения свойств зольного кирпича.
Кирпич-сырец обжигали в муфельной печи Блю-М при 800, 900 и 1100 °С, время выдержки составило 4 часа. Для определения изменения объема были проведены измерения до и после обжига образцов кирпича. Накопление объема глиняных кирпичей с различной зольностью, обожженных при 800 °С, показано на рисунке 1. Здесь все глиняные кирпичи, обожженные при 800 °С, независимо от состава золы показали расширение, а не усадку. Обычные глиняные кирпичи, не содержащие золы, также показывают некоторое расширение в этом опыте. В таблице показано, что скопившаяся глина содержит большое количество свободного кремния, что помогает уменьшить накопление свободных кремниевых кирпичей. Эти свободные зерна кремния или частицы золы выступают в роли наполнителя, составляющего основу всей конструкции. Этот наполнитель остается почти неизменным и, таким образом, помогает противостоять усадке во время горения. В структуре кирпича есть закрытые поры, а газ внутри расширяется при обжиге при более высоких температурах. За счет расширения этого газа в закрытых порах кирпичи расширяются после обжига при 800 °С.
10 20 30 40 50
Содержание золы в кирпиче (%)
Рис. 1. Кинетика усадки зольных/глиняных кирпичей, обожженных при 800 °С
Объемное накопление глиняных кирпичей разной зольности, обожженных при 900 °С, показано на рис. 2. Здесь также все глиняные кирпичи, обожженные при 9000С, показали расширение, а не усадку. Из всех глиняных кирпичей беззольные кирпичи показали самое низкое расширение, а кирпичи с 50% золы показали самое высокое расширение. Это расширение происходит из-за плотных пор внутри структуры. Расширение увеличивает вероятность образования плотных пор в кирпиче.
Сборочное поведение глиняных кирпичей разной зольности, спеченных при температуре 1100 °С, показано на рис. 3. Самое главное, все образцы кирпича показали накопление объема при 1100 °С.
10 20 30 40 50
Содержание золы в кирпиче (%) Рис. 2. Кинетика усадки зольных/глиняных кирпичей, обожженных при 990 °С
Здесь также видно, что с увеличением количества золы усадка уменьшается. Беззольный образец показал самое высокое накопление (13,42%), тогда как образец кирпича с 50%-ной зольностью показал самое низкое накопление (5,5%). При более высоких температурах более сильное связывающее движение между частицами играет главную роль в связывании всех частиц вместе. При 11000С образование жидкой фазы будет выше при плавлении легкоплавких соединений. Чем больше жидкости образуется, тем больше пористых частиц скапливается в готовом выпечном изделии.
Рис. 3. Кинетика усадки зольных/глиняных кирпичей, обожженных при 1100 °С
На рис. 4 показано сравнение пористости при разных температурах. Кирпичи, обожженные как при 900 °С, так и при 1100 °С, демонстрируют аналогичную тенденцию с добавлением золы. У всех кирпичей, обожженных при 800 °С, пористость уменьшается при добавлении до 20% золы, а затем снова увеличивается.
Содержание золы в кирпиче (%) Рис. 4. Сравнение пористости образца кирпича, обожженного при 800, 900 и 1100 °С.
Величина температурной пористости для различных составов золы показана на рисунке 5. Для кирпичей с 0% зольностью, как и ожидалось, пористость уменьшается с повышением температуры.
Как правило, при повышении температуры процесс приготовления занимает больше времени. При более высоких температурах диффузия атомов будет выше и растворимость легкорастворимых соединений будет больше. Таким образом, связь между частицами будет выше, и частицы будут находиться в более близком положении. Форма и размер частиц золы различны, поэтому при 0% зольности пористость структуры обязательно снизится. С добавлением золы процессы совсем другие, чем в обычном случае.
Определено, что если пористость в необожженном кирпиче меньше конечной пористости в обожженном кирпиче, то она будет меньше. Самое главное, что в необожженном кирпиче эта пористость напрямую связана с распределением частиц по размерам. Казалось, что добавление до 20% золы в глину может уменьшить пористость при взаимодействии с измерением распределения между глиной и частицами золы. Поскольку пористость необожженного кирпича может быть меньше, пористость последнего обожженного кирпича в структуре также была меньше, чем пористость кирпича с 20% золы, обожженного при 800°С. Прокаливание — это процесс термической обработки, применяемый к минералам, чтобы вызвать термическое разложение, фазовый переход или удаление летучей фракции. Процесс прокаливания обычно происходит при температурах ниже точки плавления материалов продукта.
Стандартная свободная энергия Гиббса реакции разложения кальцита СаС03 ^ СаО + С02 (г) оценивается как ДG°r = 177,100 - 158 Т (Дж/моль). Когда температура Т равна 1121 К или 848 °С,
стандартная свободная энергия реакции равна нулю. Самое главное, кальцит (СаС03) начинает играть главную роль в структуре кирпича при 9000С и выше. Рентгенофазовый анализ золы выявил большое количество соединения на основе кальция, которое, как было подтверждено, представляет собой СаС03. Поскольку равновесное давление СО2 для разложения при 900 °С значительно выше давления окружающей среды СО2, он начинает быстро разлагать большие количества СаСО3 при температурах 900 °С и выше. Таким образом, количество пористости в структуре кирпича, обожженного при 900 °С, резко возрастает с увеличением количества золы. Хотя образование С02 высокое при 1100 °С, процесс варки также очень интенсивен, что приводит к небольшому снижению общей пористости.
0% зола
—•- ю%зола
А 20%зола
▼ 30% зола
40% зола
—+- 5С%зола
_i_I_I_
800 900 1000 1100
Температура (°С)
Рис. 5. Сравнение пористости различных образцов золы с образцами кирпича для 800, 900 и 1100 °С
Список литературы
1. Баженов Ю.М. Применение промышленных отходов в производстве строительных материалов. М. Стройиздат, 1986. 215 с.
2. Клинков А.С., Беляев П.С. и др. Утилизация и переработка твердых бытовых отходов. Тамбов. Изд. ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2015.
3. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://tamizshahar.az/ (дата обращения: 14.07.2022).
4. Eurostat (2017). Statistical office of the European Union Situated in Luxembourg (statistic on Municipal waste statistics in Europe checked in 2017.
5. Korhonen J., Honkasalo A., Seppala J. Circular Economy: The Concept and its Limitations. Ecol. Econ., 2018, 143, 37-46.
6. Jabbour C.J.C., Jabbour A.B.L.D., Sarkis J., Godinho Filho M. Unlocking the circular economy through new business models based on large-scale data: An integrative framework and research agenda. Technol. Forecast. Soc., 2019, 144, 546-552.
7. D'Adamo I., Lup G. Sustainability and Resilience after COVID-19: A Circular Premium in the Fashion Industry. Sustainability, 2021. 13, 1861.
8. Sturgeon T.J. Upgrading strategies for the digital economy. Glob. Strategy J., 2021. 11, 34-57.
9. UGLI, R.D.J.; UGLI, K.A.M. The Concept of Digital Economy in Modern Life and Its Application to Life. Journal NX, 2020. 6, 118-121.
10. Джаббарова Н.Э., Надирова Ф.С. Изучение влияния зольных остатков на свойства кирпича. Журнал Наука и Образование сегодня. № 2 (71), 2022. С. 24.