CC BY
26
УДК 691.44
А. Р. Мавлюбердинов
ОПТИМИЗАЦИЯ СВОЙСТВ ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДАМИ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Ключевые слова: глинистое сырье, органические добавки, химические добавки
В работе представлены результаты исследований влияния органических и химических добавок на улучшение теплофизических свойств керамического черепка. Получены уравнения регрессии, описывающие влияние органических и химических добавок на свойства керамического пористого черепка.
Keywords: clay raw materials, organic additives, chemical additives, regression equations
In work results of researches of influence of organic and chemical additives on improvement of heatphysical properties of a ceramic crock are presented. The regression equations describing influence of organic and chemical additives on properties of a ceramic porous crock are received.
Введение
В связи с ужесточением требований к теплоизоляции ограждающих конструкций жилых и общественных зданий, необходим перевод промышленности керамических строительных материалов на выпуск стеновых эффективных пористо-пустотелых материалов, т.к. выпускаемые отечественной промышленностью керамические кирпич и камни не удовлетворяют требованиям современных нормативов [1].
С целью получения пористого кирпича рядом авторов рекомендуется введение различных выгорающих добавок, таких как угольная мелочь, лигнин, древесные опилки и волокна, отходы переработки продуктов растительного
происхождения [2-6].
Некоторые исследователи предлагают заменить традиционные выгорающие добавки
(пенополистирол, древесные опилки и стружка и т.п.) перлитом. Однако, для многих регионов России это неприемлемо, ввиду отсутствия местного перлита, доставка которого сопряжена со значительными затратами на его доставку.
С целью снижения средней плотности керамического черепка предлагается вводить в состав сырьевой шихты предлагается вводить наряду с древесными опилками солому, торф, листву деревьев, хвойные иглы, шелуху гречихи, лузгу от семян подсолнечника, древесную пыль и др. Выгорая, эти добавки оставляют в толще материала сеть незамкнутых пор с неровной поверхностью [1].
В работе [2] разработан способ производства керамического кирпича, включающий
предварительное обезвоживание выгорающих и отощающих добавок в виде древесных опилок до влагосодержания не более 10%, приготовления керамической массы, формование изделий методом пластического формования на ленточном прессе, сушку и обжиг. Рассмотренная в работе сырьевая смесь состоит из: глины (78%), древесных опилок (9,3 %), шамота (10%), каменного угля (2,7%). При этом был получен пористый черепок со средней плотность 1500-1550 кг/м3 и теплопроводностью 0,41 Вт/м*С. Недостатком данной работы является
то, что получен относительно тяжелый керамический черепок, не позволяющий без дополнительных мероприятий получать
эффективные керамические изделия с плотностью менее 1000 кг/м3.
Для снижения средней плотности черепка до 1300 кг/м3 и теплопроводности до 0,35 Вт/м*С в составы сырьевых смесей на основе малопластичного глинистого сырья (число пластичности - 7) предлагается вводить в количестве до 50% в составы сырьевой шихты смесь выгорающих добавок из опилок лиственных пород деревьев и активного ила в пересчете на сухое вещество по отношению к глинистому сырью. При этом использование ила в качестве выгорающей добавки, пластификатора и ПАВ позволили повысить прочность товарной продукции с 7,5 до 20,0 МПа.
Чумаченко Н.Г. [7] с учетом физико-химических процессов, происходящих при обжиге, и экспериментальных исследований выполнено теоретическое обоснование оптимальных составов для выпуска основных керамических материалов: керамического кирпича, черепицы, керамических плиток и др. Разработаны критерии и расчетно-графический метод оценки минерального сырья для производства частично и полностью спекшихся, а также вспученных строительных керамических материалов. Метод реализован в виде «Программного комплекса для оценки минерального алюмосиликатного сырья»
Экспериментальная часть
В работе представлены исследования в части получения эффективных пустотело-пористых керамических изделий.
Разработки ведутся на основе местного глинистого сырья и побочных продуктов промышленности.
Целью исследований является получение пустотело-пористых керамических изделий со средней плотностью с улучшенными физико-механическими и теплотехническими
характеристиками.
Определение основных физико-механических характеристик производилось по стандартным методикам.
До настоящего времени подбор составов сырьевых смесей производился методами арифметических расчетов. После чего правильность расчетов производилась на контрольных образцах по результатам испытаний их свойств. Этот способ требует значительного объема экспериментальных исследований и затрат времени.
В настоящее время построение математической модели «исходные факторы - конечные свойства» для всех керамических изделий с заданными свойствами является весьма актуальной задачей.
Целью настоящей работы является разработка математической модели зависимостей прочности пористого керамического черепка на основе среднепластичной глины.
Методами математической обработки результатов экспериментальных исследований получены уравнения регрессии, описывающие влияние органических добавок: крупнодисперсной (Х]), среднедисперсной (Х2), мелкодисперсной (Х3), а также химических добавок в виде флюсующей натрийсодержащей добавки (Х4), отходов гальванических производств (Х5) и комплексной добавки (Х6) на прочность пористого керамического черепка.
Результаты исследований
Для контрольных образцов определялись функции У1 - У9 через зависимости Y1 = (Х1, Х2, Х3, Х4, Х5, Х6, £1) - Y9=(Х1, Х2, Х3, Х4, Х5, Х6, £9), которые искались в виде:
Y1= а0+а1Х1+а2Х2+а3Х +а4Х4+а5Х5+а6Х6
Y2= Ь0+Ь1Х1+Ь2Х2+Ь 3Х3+Ь4Х4+Ь5Х +Ь6Х6
Yз= Co+ C1Х1+C2Х2+CзХз+C4Х4+C5Х5+C6Х6
Y4= do+d1Х1+d2Х2+dзХз+d4Х4+d5Х5+d6Х6
Y5= eo+e1Х1+e2Х2+eзХз+e4Х4+e5Х5+e6Х6 Y5= fo+f1Х1 +f2Х2+fзХз+f4Х4+f5Х5+f6Х6
Y5= go+g1Х1+g2Х2+gзХз+g4Х4+g5Х5+g6Х6
Y5= ho+ 111X1+112X2+113X3+114X4+115X5+116X6
Y5= ко+к1 X1+k2X2+kзXз+k4X4+k5X5+k6X6
В результате обработки результатов экспериментов методом пошагового регрессионного анализа для откликов У1 - У9, характеризующих прочность получили следующие математические модели:
Y1=R(X1,X4)=0,288*X43-0,557*X43+5,601*X4+13,09 Y2=R(X1 ,X5)=0,533*X53-4,128*X53+8,031*X5+13,18 Yз=R(X1 ,X6)=0,355*X63-3,261*X53+8,031*X5+13,19 Y5=R(X2,X5)=0,533*X53-3,733*X53+6,681*X5+10,95 Y6=R(X2,X6)=-0,244*X63-0,476*X63+4,21*X6+11,02 Y7=R(Xз,X4)= =-0,00038*X43+0,0295*X431,0345*X4+26,434 Y8=R(Xз,X5)=0,244*X53- 0,971*X53+3,886*X5+8,01 Y9=R(Xз,X6)=0,111*X63-1,3524*X63+3,477*X6+8,11
Заключение
1. Снижение средней плотности керамического черепка достигается путем введения в составы сырьевых смесей порообразующих добавок растительного происхождения.
2. Компенсация потери прочности керамического черепка достигается путем введения добавки подмыльного щелока в составы сырьевых смесей.
3. Полученные математические модели зависимости прочности пористого черепка от количества и вида вводимых добавок, позволяют прогнозировать конечные свойства пористого черепка.
Литература
1. А.Р. Мавлюбердинов. Автореф. дисс. канд. техн. наук, Казанская гос. арх-строит. академия, Казань, 2001.19 с.
2. Пат. РФ 2089526 С04В 33/02. Способ производства керамического кирпича / Д.В. Народницкий, А.Н. Кузнецов; Опубл. 10.09.97, Бюл. № 25.- 6 с.
3. Авт.свид. СССР 761441 С04В 33/02. Способ приготовления шихты для изготовления керамики / А.К. Михайлов; Опубл. 04.09.80, Бюл. № 13. - 2 с.
4. Авт.свид. СССР 658111. Керамическая масса для изготовления строительных изделий / Б.И. Мороз, П.Н. Хорьков; Опубл. 25.04.79, Бюл. № 15. - 4 с.
5. Заявка ФРГ 3518318, С04В 38/06. Пористый глиняный кирпич / Гротьян Хартмут; Опубл. 27.11.86, Бюл. № 27. - 9 с.
6. Авт.свид. СССР 1738793 С04В 33/02. Способ изготовления дырчато-пустотелого кирпича / А. М. Гольдман; Опубл 07.06.92, Бюл. №21. - 4 с.
7. Н.Г. Чумаченко. Автореф. дисс.док.техн.наук, Самарская гос. арх. - строит. академия, Самара, 1999. 41 с.
© А. Р. Мавлюбердинов, канд. техн. наук, доц. каф. технологии, организации и механизации строительства КГАСУ, mazatr73@mail.ru.
© A. R. Mavlyuberdinov, Ph.D. in Engineering, Associate Professor of Dept. of Technology, Organization and Mechanization of Construction, KSUAE, mazatr73@mail.ru.
