CC BY
71
УДК 620.2
В. Г. Петряков, Р. А. Гильмутдинова
К вопросу об улучшении потребительских свойств керамического кирпича, модифицированного органоминеральной добавкой
Российский государственный торгово-экономический университет Уфимский институт (филиал) 450080, Уфа, ул. Менделеева, 177/3, тел./факс (347) 252-99-77
V. G. Petryakov, R. A. Gilmutdinova To issue of improving of consumer properties of ceramic bricks
Ufa Institute of University of Trade and Economics 177/3, ul. Mendeleeva, Ufa, 450080, Russia; Ph.: (347) 2529977
Рассмотрены вопросы улучшения потребительских свойств и показателей качества керамического кирпича путем оптимизации гранулометрического состава шихты и введения в состав керамической массы суперпластификатора. Приведены данные лабораторных исследований керамического кирпича предлагаемого состава, подтверждающие улучшение функциональных, эстетических свойств и его надежности.
Ключевые слова: гранулометрический состав; морозостойкость; потребительские свойства; прочность; суперпластификатор; трещина сушильная; шероховатость.
Questions of improvement of consumer properties and parameters of quality of a ceramic brick by optimization structure and introductions surperplasticizing agent in structure of ceramic mixture are considered. Data of laboratory researches of a ceramic brick of the offered structure confirming improvement of functional, aesthetic properties and reliability are presented.
Kew words: properties; drying split; grain-size composition; superplasticizing agent; durability; cold-resisting property; roughness.
Керамический кирпич — проверенный временем строительный материал. Кирпичная стена отвечает самым высоким требованиям комфортности и износостойкости, аккумулирует тепло, благоприятно воздействует на климат жилища. Если комфортность деревянной постройки принять за единицу, то комфортность помещений из керамических материалов соответствует коэффициенту 0.7; постройки из ячеистого бетона имеют коэффициент 0.2; из силикатного кирпича и камней — 0.1—0.08; из железобетона — 0.05 1.
Номенклатура изделий строительной керамики постоянно совершенствуется. Появляются новые материалы, более эффективные с точки зрения выполнения конкретных функций, таких, как теплоизоляция, звукоизоляция, восприятие статических перегрузок, однако, наибольшая доля выпускаемых изделий
(около 70%) приходится на рядовой строитель-2
ный кирпич 2.
В настоящее время отечественные предприятия, имеющие длительный опыт производства керамического кирпича, как правило,
Дата поступления 20,01,09
характеризуются устаревшим технологическим оборудованием. Перед заводами, находящимися в эксплуатации свыше 10 лет, стоит серьезная проблема по замене фактически изношенных агрегатов 2. В условиях ограниченных возможностей технического перевооружения кирпичных заводов актуальной становится задача повышения качества и улучшения потребительских свойств производимой продукции за счет оптимизации свойств глинистого сырья.
В данной статье приведены результаты исследований по улучшению потребительских свойств керамического кирпича путем направленного регулирования свойств сырьевой смеси.
Экспериментальные работы были выполнены на основе глины месторождения Уфимское, которая имеет темно-коричневый цвет, тонкослоистая, трещиноватая, рассыпчатая. По пластичности сырье относится к группе умеренно пластичного, по огнеупорности — к группе легкоплавкого, по количеству крупнозернистых фракций — к группе с низким содержанием. По гранулометрическому составу
глина характеризуется содержанием (% мас.) глинистых частиц 11.5; пылеватых — 66.5; песчаных — 22. В соответствии с диаграммой В. В. Охотина глинистое сырье относится к пылеватому суглинку. Для получения качественных керамических изделий необходима его тщательная переработка или обогащение 3.
Обогащение глинистого сырья осуществляется введением в состав керамической массы отощителей. В качестве последних могут применяться кварцевые пески с размером зерен от 0.25 до 1 мм 4.
Для обогащения глины месторождения Уфимское нами использовался песок месторождения Кабаковское, который имеет неоптимальный гранулометрический состав с преобладанием мелких фракций и характеризуется модулем крупности 1.95 (табл. 1), согласно ГОСТ 8736-93 относится к классу мелкого песка.
Керамический кирпич, в составе которого имеется глина месторождения Уфимское (85% мас.) и природный кварцевый песок месторождения Кабаковское (15% мас.), характеризуется наличием подковообразных трещин — свиливатости. Основной способ устранения свили — оптимизация гранулометрического состава отощителя посредством замены тонкодисперсных фракций на крупнодисперсные 5.
Таблица 1 Гранулометрический состав песка
Размер отверстий сита, мм Частные остатки, % Полные остатки, %
5 1.2
2.5 8.4 9.6
1.25 6.6 16.2
0.63 15.7 31.9
0.315 10.7 42.6
0.14 52.4 95.0
Менее 0.14 5.0 -
Модуль крупности - 1.95
Для устранения свиливатости нами была выполнена корректировка гранулометрического состава природного песка тремя более крупными его фракциями: 1.25—2.5; 0.63—1.25 и 0.315-0.63 мм.
На основе природного песка были приготовлены специальные шихты отощителей пяти составов, содержащих фракционированный кварцевый песок (табл. 2).
Таблица 2 Гранулометрический состав кварцевого песка
№ состава Природный кварцевый песок, мас. % Фракционированный кварцевый песок, фракции, мм, % мас.
1.25-2.5 0.63-1.25 0.315-0.63
1 100 - - -
2 70 15 10 5
3 70 5 10 15
4 70 5 15 10
5 65 20 10 5
С использованием этих составов были изготовлены опытные образцы керамического кирпича. Результаты внешнего осмотра показали, что после обжига керамические кирпичи свиливатости не имели.
Для оценки керамических изделий в условиях, приближающихся к реальным условиям эксплуатации, обожженные изделия были испытаны на морозостойкость методом непосредственного замораживания и оттаивания, т. к. из практики известно, что свиливатость проявляется при намокании и, особенно, при замораживании. Данные, представленные в табл. 3, показывают, что лучшие результаты имеют керамические кирпичи, изготовленные по составам №2 и 5. Опытные образцы этих составов не имели свиливатости после 25 циклов замораживания и оттаивания.
Таблица 3
Влияние гранулометрического состава кварцевого песка на эстетические свойства керамического кирпича
№ состава Характеристика эстетических свой мического ки ;тв по внешнему виду кера-рпича Наличие дефектов
После обжига После испытаний на морозостойкость
1 Наличие подковообразных трещин Наличие подковообразных трещин Свиливатость
2 Отсутствие подковообразных трещин Отсутствие подковообразных трещин после 25 циклов Отсутствуют
3 Отсутствие подковообразных трещин Наличие подковообразных трещин после 10 циклов Свиливатость
4 Отсутствие подковообразных трещин Наличие подковообразных трещин после 15 циклов Свиливатость
5 Отсутствие подковообразных трещин Отсутствие подковообразных трещин после 25 циклов Отсутствуют
Таким образом, корректирование гранулометрического состава кварцевого песка позволило устранить образование свиливатости. Кроме того, по нашим наблюдениям, наряду с устранением свиливатости в результате корректирования гранулометрии, происходит и увеличение предела прочности керамического кирпича на 7—15 %. Предел прочности при сжатии опытных образцов составил 9.8-10.6 МПа.
Однако установленный предел прочности является недостаточным для улучшения функциональных свойств и свойства надежности. Поэтому, с целью улучшения потребительских свойств керамического кирпича дальнейшие исследования нами проводились с использованием суперпластификатора МБ-1 в качестве пластифицирующей добавки.
Суперпластификатор МБ-1 представляет собой комплексный продукт (ТУ 5745-01358042865-06), состоящий из кремнеземистого компонента и поверхностно-активных натриевых солей метиленбиссульфокислоты. Поверхностно-активные вещества, как известно 6, способствуют повышению пластичности, уменьшению расслоения, снижению воздушной усадки, снижению перепада влажности в керамической массе изделия при сушке, а также увеличению непроницаемости и прочности.
Суперпластификатор МБ-1 обычно применяется для получения товарных бетонов и производства сборных конструкций из высокопрочного бетона. При этом важно подчеркнуть, что комплексная добавка МБ-1 обеспечивает повышение марки бетона по морозостойкости и водонепроницаемости, а также его проектной прочности на 10-30 % 7.
Для изучения влияния суперпластификатора МБ-1 на улучшение формовочных, сушильных свойств и прочности керамического
кирпича нами были изготовлены опытные образцы, усредненный состав и физико-механические свойства которых приведены в табл. 4.
Анализ полученных результатов (табл. 4) показывает, что введение только строго определенного количества (0.8-1 %) суперпластификатора МБ-1 позволяет повысить прочность изделий на две марки, а величина плотности при этом остается в пределах нормы. В то же время полученные результаты показывают, что в случаях увеличения (более 1%) или уменьшения (менее 0.8%) количества добавки МБ-1 предел прочности при сжатии образцов увеличивается незначительно.
Рентгеноструктурное изучение опытного образца керамического кирпича, дифрактог-рамма которого приведена на рис. 1, позволи-
о
г-1 р5
т-г
15 20 25 30 35 40 45 50 Угол 2©
Рис. 1. Дифрактограммы керамического кирпича, содержащего суперпластификатор МБ-1, (показана черным цветом) и керамичекого кирпича без содержания суперпластификатора МБ-1 (показана серым цветом)
Таблица 4
Состав и физико-механические свойства керамического кирпича
№ состава Предлагаемый состав Физико-механические показатели
Глина, % Кварцевый песок, % Суперпластификатор МБ-1, % Плотность, кг/м3 Предел прочности при сжатии, МПа
1 85 14.5 0.5 1990 9.1
2 85 14.2 0.8 1960 13.1
3 85 14 1 1955 13.5
4 83 15 2 1970 9.8
5 87 12 3 1980 9.5
6 85 15 - 1950 8.8
Примечание. В состав образца № 6 входит природный кварцевый песок без корректировки гранулометрического состава
ло установить в составе два минерала: кварц и плагиоклаз (полевые шпаты).
Кварц на рентгеновской дифрактограмме фиксируется интенсивными отражениями 3.34, 4.25, 1.82 А и рядом более слабых отражений.
Наличие плагиоклаза устанавливается по сильному отражению 3.22 А и умеренному 4.03 А, слабому на 6.4 А, а также многочисленным более слабым отражениям, характерным для полевых шпатов. Судя по яркой выраженности пиков 3.22, 4.03 и 6.4 А, полевой шпат относится к натриевой разновидности — альбиту Ша2[(А],50зО8]).
Введение в шихту суперпластификатора МБ-1, в состав которого входит натрий, увеличивает в конечном продукте содержание альбита, что отчетливо фиксируется на рентгеновской дифрактограмме (рис. 1). В процессе обжига сырца органические составляющие су-лерпластификатора МБ 1 выгорают, а натрий входит в структуру альбита, представляющую собой тетраэдрический силикатный каркас 8. Наличие полевых шпатов в составе керамической массы понижает ее температуру спекания и огнеупорность, благодаря чему повышается плотность обожженного черепка, увеличивается прочность, уменьшается водопоглощение.
Кроме того, по результатам исследования опытных образцов керамического кирпича было выявлено, что введение суперпластификатора МБ-1 приводит к улучшению не только физико-механических, но и показателей внеш него вида.
На рис. 2 приведена профилограмма поверхности кирпича предлагаемого состава с добавкой суперпластификатора МБ-1. На рис. 3 приведена профилограмма поверхности кирпича, содержащего в своем составе 85% глины и 15% природного песка без корректировки гранулометрического состава. Из анализа рисунков следует, что неровности поверхности кирпича, содержащего в своем составе суперпластификатор МБ-1, в три раза меньше, чем у поверхности кирпича без содержания суперпластификатора МБ-1.
Таким образом, фракционирование гранулометрического состава керамической массы (табл. 2) и введение суперпластификатора МБ-1 позволили получить более гладкую поверхность керамического кирпича. Это, в свою очередь, привело к значительному улучшению его эстетических свойств.
Итак, проведенные исследования показали, что корректирование гранулометрического состава кварцевого песка до крупности
Н, м км
Î0-
0--so-
L, мкм
Рис. 2. Профилограмма поверхности кирпича, содержащего суперпластификатор МБ-1
Рис. 3. Профилограмма поверхности кирпича без содержания суперпластификатора МБ-1
1.25-2.5, 0.63-1.25 и 0.315-0.63 мм и введение суперпластификатора МБ-1 позволяет достичь максимальной равноплотности кера мического черепка, повысить прочность изделий и, как следствие, улучшить функциональные, эстетические свойства, а также свойства надежности и долговечности керамического кирпича.
Литература
1. Фролов А. В, // Строительные материалы.— 1999, Nb 9.~ С. 30.
2. Кондратенко В. А., Пешков В. Н., Следнев Д. В. Кирпич керамический: свойства, производство, применение, http://www.vnistrom.ru/reports, php.
3. Кузьмин В. В. Оценка кирпич но-черепичных ГЛИН Башкирии // Тез. докл. обл. 58 НТК: Исследования в области архитектуры, строительства и охраны окружающей среды.— Самара, 2001,- С. 85.
4. СалаховА. М., Ремизникова В. И., Спирина О. В., Мочалов A. IO, Производство строительной керамики.— Казань: Центр инновационных технологий, 2003 - 292 с.
5. Чумаченко Н. Г., Кузьмин В. В. К вопросу об улучшении сушильных свойств керамического кирпича // Труды секции «Строительство» Российской инженерной академии: Прогресс и в ные технологические и инвестиционные процессы в строительстве. Вып. 4. Ч. 2.— М.: Издательство Российской инженерной академии, 2003,- С. 33.
6. Гаджилы Р. А., Меркни А. П. Поверхностно-ак тивные вещества в строительстве.— Баку: Азер байджанское государственное издательство, 1981,- 131 с.
7. Макашева Е. А. // http://www.stroyorbita.ru /arhiv/ htm.
8. Рентгенография основных типов породообразующих минералов (слоистые и каркасные силикаты). Под. ред. В.А. Франк-Каменецкого.— Л.: Недра, 1983.- 359 с.
Башкирский химический журнал. 2009. Том 16. J\fi> 1
85
