CC BY
68
УДК.666.32:666.3.022
Д. Ю. Денисов (асп.)1, В. З. Абдрахимов (д.т.н., проф.)1, Е. С. Абдрахимова (д.т.н., проф.)2
Определение с помощью электронного микроскопа выцветов на керамическом кирпиче, полученном с применением отходов
производств
1 Самарский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра производства строительных материалов, изделий и конструкций 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194, тел. (846) 333-68-14, e-mail: DenisovDY@rambler.ru 2Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева,
кафедра физики 443000, г. Самара, Московское шоссе, 34, тел. (846) 267-45-35
D. Yu. Denisov1, V. Z. Abdrakhimov1, Е. S. Abdrakhimova2
Definition loss of color with the help of the electronic microscope on the ceramic brick, received with application of waste products
of manufactures
1 Батат state architect-building university 194, Molodogvardeiskaya str., 443001, Samara, ph. (846) 333-68-14, e-mail: DenisovDY@rambler.ru 2Баmara state air-cosmic university named S.P. Korolyov, 34, Moscow av, 443000, Samara, ph. (846) 267-45-35
Показано, что увеличение температуры обжига является наиболее эффективным способом устранения выцветов на керамическом кирпиче, при этом повышается содержание стеклофазы и значительно уменьшается пористость кирпича.
Ключевые слова: выцветы; золошлаковый материал; керамический кирпич; растворимые соли; солевые отходы от вторичной переработки алюминийсодержащих шлаков и лома; фазовый состав; электронный микроскоп.
В исследованиях грубой строительной керамики электронный микроскоп применяется менее широко, чем в изучении тонкой, технической и огнеупорной керамики. Микроскопия в основном используется для контроля производства, и при этом не уделяется достаточного внимания изучению фазовых соотношений с целью повышения однородности, стойкости, прочности и упругости изделий*. Следует также отметить, что микроскопия строительных глинистых материалов (кирпич, черепица) является трудоемким и сложным процессом. Большинство фаз находится в этих изделиях в крайне мелкозернистом состоянии, так что они
Дата поступления 14.11.08 186
Researches have shown, that the most effective way on elimination выцветов this increase in temperature of roasting as sulfates of alkalis can be spread out at higher temperatures of roasting. Besides rise in temperature of roasting of a brick with 1000 up to 1050 оС promotes increase glass a phase from 20—25 up to 30—35 % which considerably reduces porosity of a brick and thus loss of color practically do not appear.
Key words: an electronic microscope; a ceramic brick; ashes slag material; salt waste products from secondary processing including aluminium slags and a breakage; phase structure; loss of color; soluble salts.
распознаются с трудом, а их оптические свойства очень сложно определить.
В работах2-3 была показана принципиальная возможность использования золошлаково-го материала и солевых отходов от вторичной переработки алюминийсодержащих шлаков и лома в производстве керамического кирпича на основе легкоплавкой глины Кротовского месторождения. Исследования показали, что оптимальным для производства керамического кирпича является следующий состав, мас. %: глина Кротовского месторождения — 70, золошлаковый материал — 20, солевые отходы от вторичной переработки алюминийсодержащих шлаков и лома — 10.
Для определения выцветов на керамическом кирпиче были исследованы два состава, мас. %:
1) легкоплавкая глина Кротовского месторождения — 70, золошлаковый материал — 30;
2) глина Кротовского месторождения — 70, золошлаковый материал — 20, солевые отходы от вторичной переработки алюминийсо-держащих шлаков и лома — 10.
На рис. 1 представлены электронно-микроскопические снимки керамических кирпичей из составов №1-2.
Б
Рис. 1. Керамический кирпич из составов №1-2, обожженный при 1000 оС: А — состав №1, Б — состав №2. Увеличение х12000
Как видно из рис. 1, фазовые соотношения в исследуемых кирпичах очень сложны вследствие крайней неоднородности исходных материалов, используемых в производстве, и низкой температуры обжига, при которой не достигается равновесное состояние.
Сложно описать микроскопические изменения, происходящие в процессе обжига в минералах глины, содержащих много сопутствующих минералов, которые сильно усложняют картину. Однако, как указывалось в работе1, с помощью электронного микроскопа наиболее
целесообразно исследовать выцветы на керамическом кирпиче.
Причиной появления выцветов является миграция растворенных солей в процессе увлажнения и высыхания строительной керамики во время службы и их накопление на открытых поверхностях в виде беловатых налетов.
Солями, вызывающими выцветы (в некоторых источниках литературы выцветы называют высолами), являются водорастворимые сульфаты щелочных и щелочноземельных металлов: №2Б04, К2Б04, и кристаллогидраты СаБ04, образовавшиеся из исходного сырья или путем взаимодействия серы печных газов при обжиге кирпича с карбонатами, оксидами и гидрооксидами, а также сульфат железа (пирит), который, окисляясь при вылеживании глин и при обжиге керамического материала, приводит к повышению количества «вредных» сульфатов в стеновой керамике.
Важный вклад в дело изучения этого явления был сделан В. Е. Браунелем^. Он взял 20 г обожженного материала, поместил ее в 500 мл воды, выпарил до 10 мл и выкристаллизовал растворимые соли из капли концентрированного раствора на предметном стекле микроскопа путем медленного высушивания (кратную часть экстракта высушили и взвесили для того, чтобы получить «относительное экстрагируемое количество», выраженное в процентах по весу на 20 г образца). Для облегчения определения были приготовлены подобные же препараты на предметных стеклах из солей, обычно присутствующих в выцветах, а именно: СаСО3, Са804-2И20, К2С03, Ш2С03, Ш2Б04, К2Б04, М^804-7И20, Л12(804)3-КЛ1(804)2 и №С1 либо по отдельности, либо в сочетании этих солей друг с другом. На рис. 2 показаны кристаллы солей, выращенных искусственно В. Е. Браунелем , а на рис. 3 видны кристаллы солей, извлеченных из обожженной глины и глинистых сланцев.
А
Рис. 2. Кристаллы растворимых солей, выращенные из раствора при исследованных выцветах (по Браунелю): А — мелкозернистые агрегаты ^2СОз и кубические кристаллы ^2С1; Б — удлиненно-призматические кристаллы СаБО42ЩО на фоне широких кристаллов MgSO4•7H2O (светлые)
в кристаллической структуре, из всех легкорастворимых водных сульфатов и хлоридов обладает наименьшим удельным весом и наиболее низким показателем преломления5. От соды №2БО4-10Н2О отличается тем, что при действии НС1 не выделяет углекислоты. При нагревании выше 32 оС плавится, вернее, растворяется в собственной кристаллизационной воде5
Гипс СаБО4-2Н2О хотя и малорастворим, но способен образовывать высолы на кирпиче, ухудшающие внешний вид изделий.
На рис. 4 представлены кристаллы солей, извлеченных из кирпича составов №1-2, обожженных при 1000 оС. Образцы около 1 года находились под открытым небом.
Рис. 3. Растворимые соли, извлеченные из обожженных глин и сланцев (по Браунелю): А — типичный двойниковый «колосовидный» СаБО4-2ЩО с мелкими скоплениями иглоподобного ^2БО4 и брус-ковидного К2БО4; Б — СаБО4-2Н2О и КА1(БО4)2
К наиболее вредным солям относятся легкорастворимые и кристаллизующиеся сульфаты натрия и магния, которые могут то присоединять кристаллизационную воду, образуя кристаллогидраты №2Б04-10Н20 (глауберова соль) или MgSO4•7H2O (английская соль), то снова отдавать ее.
Глауберова соль или мирабилит, как минерал, богатый молекулами Н2О, связанными
Б
Рис. 4. Растворимые соли, извлеченные из кирпичей составов №1-2, обожженных при 1000°С: А —
состав №1, Б — состав №2. А — короткопризматичес-кая глауберова соль №2БО4-ЮН2О с мелкими скоплениями брусковидного К2БО4; Б — в основном мелкие скоплениями иглоподобного №2БО4 и брусковидного К^БО4 и КА1(БО4)2
Добавка к сырью растворимых солей бария вызывает разложение или предотвращает образование большинства этих солей, но вместо них появляется нерастворимый сульфат бария. Сульфаты щелочей нельзя устранить
А
этим путем, однако можно разложить при более высоких температурах обжига. При этом уменьшается абсорбция обожженных изделий, так что образование любых выцветов замедляется.
Поризованная структура керамического тела образует сеть капилляров, по которой вода из внутреннего объема кирпича поступает на поверхность; на поверхности отлагаются соли, которые в большинстве случаев имеют кристаллическую структуру. Экспериментально было установлено, что при обжиге кирпичей из составов №1-2 при температуре 1050 оС высолы (выцветы) не образуются. Увеличение температуры обжига с 1000 до 1050 оС способствует увеличению с 20—25 до 30—35 % содержания стеклофазы, которая значительно уменьшает пористость кирпича.
В работе1 было указано, что выцветы были замечены на образцах, содержащих только 0.2% («относительное экстрагируемое количество») наиболее растворимых солей, и интенсивно образовывались, когда это количество превышало 0.8%. Выцветы начали появляться при концентрации 0.7% наименее
растворимого сульфата кальция и заметно усилились при концентрации этого сульфата свыше 2.5%.
Таким образом, исследования показали, что наиболее эффективный способ по устранению выцветов — это увеличение температуры обжига, так как при этом разлагаются сульфаты щелочных металлов. Кроме того, повышение температуры обжига кирпича способствует увеличению с 20—25 до 30—35 % стеклофазы, которая значительно уменьшает пористость.
Литература
1. Исли Г., Фрешетт В.Д Микроскопия керамики и цементов.— М: изд-во Госстройиздат, 1960.— 298 с.
2. Денисов Д.Ю., Ковков И.В., Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. // Баш. хим. ж.— 2007.— Т. 14, №4.- С. 79.
3. Денисов Д.Ю., Абдрахимов А.В., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. // Экология и промышленность России.- 2008.- №3.- С. 24.
4. Браунель В.Е. // J. Am. Ceram.- 1949.- Soc. 32.- Р. 75.
5. Бетехин А.Г. Курс минералогии М: изд-во Гос-геолтехиздат.- 1961.- 538 с.
