Научная статья на тему 'Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов'

Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
55
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Строительные материалы
ВАК
RSCI
Ключевые слова
ОТХОДЫ ОБОГАЩЕНИЯ УГЛЯ / СТЕНОВЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ / ПОРОВАЯ СТРУКТУРА / КЕРАМИЧЕСКИЙ МАТРИЧНЫЙ КОМПОЗИТ / МОРОЗОСТОЙКОСТЬ

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Столбоушкин А.Ю., Иванов А.И., Дружинин С.В., Зоря В.Н., Злобин В.И.

Представлены результаты исследования поровой структуры стеновых керамических материалов на основе отходов обогащения угля методами растровой электронной микроскопии, петрографии и ртутной порометрии. Приведены химический, минеральный,вещественный состав и содержание тонкодисперсных фракций техногенного сырья и добавок. Установлено, что на форму и размеры пор оказывают существенное влияние количество углистых частиц в отходах, тонина помола исходного сырья, способ формирования матричной структуры сырцовых изделий, состав корректирующих добавок и другие факторы. Выявлены особенности пористой текстуры керамического черепка, при этом большая часть морозобезопасных пор имеет размеры 0,04-4,4 мкм, а макропоры, формирующиеся преимущественно на границе гранул,частично или полностью заполнены аморфизованным веществом продуктом твердофазных реакций при обжиге,что положительно влияет на водопоглощение и морозостойкость изделий.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Столбоушкин А.Ю., Иванов А.И., Дружинин С.В., Зоря В.Н., Злобин В.И.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов»

УДК 669.421:662.66 UDC 666.7:658.567.1:622.2

А.Ю. СТОЛБОУШКИН1, канд. техн. наук, А.И. ИВАНОВ1, инженер;

С.В. ДРУЖИНИН2, генеральный директор; В.Н. ЗОРЯ1, инженер, В.И. ЗЛОБИН1, инженер

1 Сибирский государственный индустриальный университет (654007, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42)

2 ООО «Спецремонт» (654063, Кемеровская обл., г. Новокузнецк, ул. Рудокопровая, 28, корп. 6)

Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов

Представлены результаты исследования поровой структуры стеновых керамических материалов на основе отходов обогащения угля методами растровой электронной микроскопии, петрографии и ртутной порометрии. Приведены химический, минеральный, вещественный состав и содержание тонкодисперсных фракций техногенного сырья и добавок. Установлено, что на форму и размеры пор оказывают существенное влияние количество углистых частиц в отходах, тонина помола исходного сырья, способ формирования матричной структуры сырцовых изделий, состав корректирующих добавок и другие факторы. Выявлены особенности пористой текстуры керамического черепка, при этом большая часть морозобезопасных пор имеет размеры 0,04-4,4 мкм, а макропоры, формирующиеся преимущественно на границе гранул, частично или полностью заполнены аморфизованным веществом - продуктом твердофазных реакций при обжиге, что положительно влияет на водопоглощение и морозостойкость изделий.

Ключевые слова: отходы обогащения угля, стеновые керамические материалы, поровая структура, керамический матричный композит, морозостойкость.

А.YU. STOLBOUSHKIN1, Candidate of Sciences (Engineering), А.I. IVANOV1, Engineer; S.V. DRUZHININ2, Director-General; V.N. ZORYA1, Engineer, V.I. ZLOBIN1, Engineer

1 Siberian State Industrial University (42, Kirova Street, Kemerovo region, Novokuznetsk, 654007, Russian Federation)

2 OOO «Spetzremont» (Building 6, 28, Rudokoprovaya Street, Kemerovo region, Novokuznetsk, 654063, Russian Federation)

Pore structure characteristics of wall ceramics made from waste coal

The investigation results of the pore structure of wall ceramic materials made from waste coal by scanning electron microscopy, petrography and mercury porosimetry are provided. Chemical, mineral, material composition and the con-tent of fine fractions of technogenic raw materials and additives are given. It was established that shapes and sizes of pores are significantly affected by number of carbonaceous particles in the waste as well as by fineness of grind, formation method of matrix structure of mudbricks, composition of the corrective additives and other factors. The features of the porous texture of the ceramic crock are identified, majority of the frost resistant pores have sizes of 0,04-4,4 ^m, and macropores formed mainly on the grain boundaries are partially or completely filled with amorphized material - a product of solid state reactions during firing, which positively affects the water absorption and frost resistance of products.

Keywords: waste coal, wall ceramic material, pore structure, ceramic matrix composite, frost resistance.

Поровая структура стеновых материалов во многом определяет их физико-механические свойства и влияет на прочность, теплопроводность и морозостойкость изделий. При этом существенную роль играют равномерность распределения пор, их концентрация, форма и размеры. Повышение пористости стеновой керамики, с одной стороны, улучшает теплотехнические характеристики наружных стен, с другой — снижает их прочность и морозостойкость. Наиболее опасными с точки зрения морозостойкости изделий являются поры размером от 0,025 до 0,14 мкм [1]. Поэтому формирование рациональной поровой структуры керамического черепка, обеспечивающей наилучшее сочетание его эксплуатационных характеристик, является актуальной задачей строительного материаловедения, решение которой позволит увеличить долговечность стеновых керамических материалов.

Пористость керамических изделий существенно зависит от вещественного состава исходного сырья и закладывается уже на стадиях массоподготовки, так как тонина помола, количество и состав корректирующих добавок, способ формирования структуры сырцовых изделий являются факторами, определяющими в результате структуру черепка. В связи с расширением сырьевой базы производства керамического кирпича за счет использования различных видов техногенного сырья [2], в частности отходов углеобогащения с высоким содержанием углерода, возникает потребность в про-

The pore structure of ceramic wall materials largely determines their physicomechanical properties and affects the strength, thermal conductivity and frost resistance of products. Uniformity of distribution of pores, their concentration, shapes and sizes play an important role. The increased porosity of wall ceramics, on the one hand, improves thermal performance of the exterior walls, on the other hand, reduces their strength and frost resistance. The most dangerous from the viewpoint of frost resistance of products are pores with sizes from 0,025 up to 0,14 ^m [1]. Therefore, formation of a rational pore structure of ceramic crock, that provides the best combination of its performance, is an urgent problem in building materials, solution of which will increase durability of ceramic wall materials.

Porosity of ceramic products depends significantly on the chemical components of the initial raw material and is formed at the stage of mass preparation because fineness of grind, quantity and composition of corrective additives, formation method of mudbrick structure are the factors that influence the crock structure. Due to the expansion of raw material base for the production of ceramic bricks through the use of various types of technogenic materials [2], in particular waste coal with high carbon content, there is a need to conduct studies of the effect of waste coal and technological factors of production on the pore structure of products.

The aim of this study was to investigate the porous structure of wall ceramic materials made from waste coal of Abashevo Central Enrichment Plant (CEP) (Novokuznetsk) represented by shales of argillite-siltstone composition with

46

апрель 2014

J^j ®

1

I E

S E

0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00

л ù ^

I2 J-7 б Условные обозначения: Symbols: — - цикл вдавливания Intrusion for Cycle ----цикл выдавливания

Л ^

S

Й- 8 30

&0-" 20

0 10000 100 1 Диаметр пор, nm Pore size Diameter, nm

Рис. 1. Отношение совокупного проникновения ртути к размеру пор в керамическом кирпиче на основе отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ (1) и отходов обогащения углистых аргиллитов Коркинского месторождения (2)

Fig. 1 Ratio of the cumulative mercury intrusion to the pore size in the ceramic crock produced from waste coal of Abashevo CEP (1) and waste carbonaceous argillites of Korkinskiy deposit (2)

ведении исследований влияния состава углеотходов и технологических факторов производства на поровую структуру изделий.

Целью настоящей работы являлось изучение поро-вой структуры стеновых керамических материалов на основе отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ (г. Новокузнецк), представленных сланцами аргиллито-алевролитового состава с прослойками песчаников, и отходов обогащения углистых аргиллитов Коркинского буроугольного разреза (Челябинская обл.), которые сложены аргиллитами, алевролитами, углистыми аргиллитами и сланцами. В работе исследовались представительные пробы отходов углеобогащения Аба-шевской ЦОФ класса +13 мм и углистые аргиллиты класса 13—40 мм. В качестве добавки, используемой для формирования ячеисто-заполненной структуры керамических изделий, был выбран новокузнецкий суглинок, который относится к умеренно-пластичному сырью гидрослюдисто-монтмориллонитового типа с низким содержанием крупнозернистых включений. Химический состав сырьевых материалов представлен в табл. 1, содержание тонкодисперсных фракций — в табл. 2.

61,89

-5,91- 5,19 1,95

Размер пор, мкм Pore size Diameter, jm

Рис. 2. Гистограмма распределения пор по размерам в керамическом черепке из отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ Fig. 2 Histogram of pore size distribution in the ceramic crock produced from waste coal of Abashevo CEP 70

55,04

20,55 18,37

3,11 2,93

iS 50

0

■=£40

CD 1= S ГО

1 |з0

ф о

S0-° 20

10 0

0,003-0,04 0,04-0,4 0,4-4,4 4,4-40 40-300

Размер пор, мкм Pore size Diameter, jm Рис. 3. Гистограмма распределения пор по размерам в керамическом черепке из коркинских углистых аргиллитов

Fig. 3 Histogram of pore size distribution in the ceramic crock produced from Korkinskiy carbonaceous argillites

layers of sandstone and carbonaceous argillite tailings of Korkino lignite open pit (Chelyabinsk region) which consist of argillites, siltstones, carbonaceous argillites and shales. We investigated the representative samples of waste coal from Abashevo CEP — class +13 mm and carbonaceous argillites of class 13—40 mm. As an additive used to form the cell-filled

Таблица 3

80

70

60

50

40

10

0

0,003 - 0,04

0,04 - 0,4

0,4-4,4

4,4 - 40

40 - 300

60

Наименование сырья Name of raw material Массовая доля компонентов, % (на абсолютно сухое вещество) Mass fraction of the components in % per absolutely dry weight

SiO2 TiO2 AI2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO R2O SO3 ППП Loss on ignition

Отходы углеобогащения Абашевской ЦОФ Waste coal from Abashevo CEP 54,18 0,71 16,65 3,64 - 1,96 5,55 3,62 0,29 13,4

Отходы углеобогащения Коркинского разреза Waste coal from Korkinskiy open pit mine 43,47 1,04 17,14 10,11 0,2 2,84 3,4 2,18 0,13 19,49

Новокузнецкий суглинок Novokuznetsk loam 62,03 0,93 14,71 5,07 0,21 2,49 4,56 3,94 0,47 5,59

Таблица 2

Наименование сырья Name of raw material Содержание фракций в %, размер частиц в мм Fraction content in %, particle size in mm

>0,063 0,063-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,0001

Отходы углеобогащения Абашевской ЦОФ Waste coal from Abashevo CEP 39,9 26,2 7,2 12,2 14,5

Отходы углеобогащения Коркинского разреза Waste coal from Korkinskiy open pit mine 57,5 9,7 8,3 12,4 12,1

Новокузнецкий суглинок Novokuznetsk loam - 3,8 63,8 4,2 28,2

апрель 2014

47

Минеральная часть отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ представлена гидромусковитом, кварцем, плагиоклазом, монтмориллонитом, хлоритом, сидеритом и кальцитом. Угольный остаток содержит свободный углерод в количестве от 8 до 22%.

Углистые аргиллиты Коркинского месторождения содержат кварц, каолинит, сидерит, мусковит; присутствуют также доломит, гематит и полевой шпат; содержание углерода может достигать 18%. Уголь в отходах находится в основном в тонкодисперсном состоянии, что дает возможность в процессе массоподготовки провести вторичное обогащение отходов сухим способом для получения угольной пыли, которую можно использовать при обжиге керамического кирпича [3].

Как сырье для производства стеновой керамики отходы углеобогащения являются малопластичными (число пластичности « 6), малочувствительными к сушке (коэффициент чувствительности < 1) и не-спекающимися породами.

В работе исследовался керамический кирпич из углеотходов, выпущенный в условиях Бердского (Новосибирская обл.) и Шарыповского (Красноярский край) кирпичных заводов, которые показали высокие значения морозостойкости, нехарактерные для изделий полусухого прессования. Особенностью изучаемых керамических изделий явилось то, что все они были изготовлены на основе тонкодисперсных механоактивированных отходов углеобогащения, предварительно за-гранулированных и покрытых тонким слоем глинистого порошка из новокузнецкого суглинка. Технология получения керамических матричных композитов ячеисто-заполненной структуры ранее была описана в [4].

Исследования поровой структуры проводилось методами растровой электронной микроскопии, петрографии и ртутной порометрии, используемой для анализа пор с размерами 3—300000 нм. Использовалась классификация пор по размерам, рекомендованная Международным союзом по теоретической и прикладной химии ШРАС, согласно которой пористые тела классифицируют по преимущественному размеру пор на микропористые (поры до 2 нм), мезопористые (от 2 до 50 нм) и макропористые (св. 50 нм) [5].

Для экспериментальной оценки общего (удельного) объема пор (Уа) применялась формула [6]:

Г=±

" 8„

-М-

Рис. 4. Поровая структура керамического кирпича на основе отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ: увеличение 25х: николи II (а); николи + (Ь); 250х: николи II (с); николи + (d) Fig. 4 Pore structure of the ceramic brick produced from waste coal of Abashevo CEP: magnification 25х: nicols II (a); nicols + (Ь); 250х: nicols II (с); nicols + (d)

a ^KMïîWCM? v^a b

■ V: ■ » :

Pa

где 8а — кажущаяся, ра — истинная плотность гранулированных композиционных материалов.

Водопоглощение кирпича составило 9,7—11,5%, средняя (кажущаяся) плотность — 1,65—1,81 г/см3; истинная плотность — 2,43 г/см3. Общий объем пор Уа = 0,167 см3/г, и этот показатель практически всегда совпадал с данными ртутной порометрии (0,16—0,163 см3/г). Отдельные несовпадения можно объяснить наличием ультрамакропор в некоторых образцах (более 200 мкм),

Рис. 5. Поровая структура керамического кирпича на основе отходов обогащения углистых аргиллитов Коркинского угольного разреза: увеличение 25х: николи II (а); николи + (Ь); 200х: николи II (с); николи + (d)

Fig. 5 Pore structure of the ceramic brick produced from waste carbonaceous argillites of Korkinskiy open pit: magnification 25х: nicols II (a); nicols + (Ь); 200х: nicols II (с); nicols + (d)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

structure of ceramic products Novokuznetsk loam was chosen which refers to moderate plastic raw material of illite and montmorillonite type with low content of coarse inclusions. Chemical composition of raw materials is shown in Table 1, the content of fine fractions in Table 2.

The mineral part of waste coal from Abashevo CEP is represented by hydromuscovite, quartz, plagioclase, montmorillonite, chlorite, siderite and calcite. Carbon residue contains free carbon in an amount of 8 up to 22%.

Carbonaceous argillites from Korkino deposits contain quartz, kaolinite, siderite, muscovite, also dolomite, hematite and feldspar are found, carbon content can reach 18%. Waste coal is mainly in a fine dispersed state which allows to conduct the secondary waste enrichment during the process of mass preparation by dry method for producing coal dust, that can be used in ceramic brick firing [3].

научно-технический и производственный журнал Q'fffjyTf S JJbrlbJ" 48 апрель 2014 Ы '

Таблица 3

Наименование Name Удельная поверхность, м2/г Specific surface, m2/g Объем пор, см3/г Pore volume, cm3/g'

Керамический кирпич из отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ Ceramic brick from waste coal of Abashevo CEP 3,47 0,16

Керамический кирпич из коркинских углистых аргиллитов Ceramic brick from Korkinskiy carbonaceous argillites 1,82 0,163

Рис. 6. Растровые электронные микроснимки структуры черепка из отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ (а, b) и отходов обогащения углистых аргиллитов Коркинского угольного разреза (с, d): увеличение 750х (а); 1500Х (b); 750х (с); 3000Х (d) Fig. 6 Scanning electron micrograph of the crock structure produced from waste coal of Abashevo CEP (a, b) and waste carbonaceous argillites from Korkinskiy open pit (с, d): magnification 750х (а); 1500Х (b); 750х (с); 3000Х (d)

самопроизвольно заполняющихся даже при минимальном давлении ртути [7].

На рис. 1 представлены итоговые данные проникновения ртути в образцы керамического кирпича на основе углеотходов. Характер кривых кумулятивного вдавливания ртути показывает, что в керамическом кирпиче на основе отходов углеобогащения формируются микропоры размером менее 100 нм. Причинами образования нанопор в керамическом черепке являются тонкий помол и механоактивация исходного сырья, в результате чего остатки угля переходят в тонкодисперсное состояние, а грануляция порошка обеспечивает плотную упаковку при прессовании сырца.

Известно, что при изменении дисперсности сырья химический потенциал системы меняется на величину A|i=a.rn/R (где R — радиус кривизны; a — поверхностная энергия на границе фаз; ю — объем, приходящийся на 1 частицу в сосуществующих фазах) [8]. Таким образом, с уменьшением размера частиц более предпочтительным будет образование фаз с меньшей поверхностной энергией и с более плотной упаковкой. Очевидно, что морфология частиц получаемого после активации сырья, а также изменения в структуре основных породообразующих минералов оказывают решающее влияние на процессы спекания при производстве керамического кирпича из углеотходов.

Полученные результаты в целом согласуются с экспериментальной оценкой общего (удельного) объема пор (Va). Исключение составляет кирпич на основе коркинских углистых аргиллитов, показавший повышенное содержание опасных пор размером от 4 до 40 мкм (более 25%), вызвавших снижение морозостойкости изделий (марка кирпича F25).

Waste coal as a raw material used for the ceramic wall production is low-plastic (plasticity ~ 6), low-sensitive to drying (coefficient of drying sensitivity < 1) and non-coking.

In this paper we studied ceramic bricks made from waste coal at Berdsky (Novosibirsk region) and Sharypovskiy (Krasnoyarsk Krai) brick plants. They showed high values of frost resistance not typical for products of dry pressing. The peculiarity of the studied ceramic products was the fact that they were all made from fine dispersed mechanoactivated waste coal, granulated in advance and coated with a thin layer of clay powder from Novokuznetsk. In [4] we have already described the production technology of ceramic matrix composites with the cell-filled structure.

The studies of the pore structure was carried out by scanning electron microscopy, petrography and mercury porosimetry used for analysis of pores with sizes 3—300000 nm. Classification of pore sizes recommended by the International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC, was used according to which the porous bodies are classified depending on their predominant sizes into micropo-rous (pores up to 2 nm), mesoporous (from 2 to 50 nm) and macroporous (above 50nm) [5].

For experimental evaluation of the total (specific) pore volume (Va) well-known formula was used [6]:

a 2 „ °a Pa

where 8a — apparent, pa — true density of the granulated composite materials.

Water absorption capacity of bricks was 9,7—11,5%, the average (apparent) density — 1,65—1,81 g/cm3, true density — 2,43 g/cm3. The total pore volume Va = 0,167 cm3/g, and this figure almost always coincided with the mercury poro-simetry data (0,160—0,163 cm3/g). Certain mismatches can be explained by the presence of ultramakropores in some samples (more than 200 ^m), spontaneously filled up even at the minimum pressure of mercury [7].

In Fig. 1 the final data on the mercury intrusion into the samples of ceramic bricks made from waste coal are presented. Curves of the mercury cumulative intrusion show that micropores under 100 nm are formed in the ceramic brick made from waste coal. Reasons for nanopores formation in the ceramic crock are the fine grinding and mechanoactiva-tion of the initial raw material that results in transformation of coal residues into finely dispersed state, and powder granulation provides a tight pack during the adobe com-pression.

It is known that during the change of the raw material dispersion the chemical potential of the system changes by A|i=a.m/R (where R — radius of curvature; a — the surface energy at the phase boundaries; o> — volume per one particle in the coexisting phases) [8]. Thus, with particle size decrease formation of phases with lower surface energy and denser packaging is more preferable. It is obvious, that particle morphology obtained after raw material activation, as well as

j^J ®

апрель 2014

49

В табл. 3 и на рис. 2, 3 представлены удельная поверхность, объем и распределение пор по размерам в керамическом кирпиче на основе отходов обогащения угля Абашевской ЦОФ и коркинских углистых аргиллитов, рассчитанные по данным ртутной порометрии.

При одинаковом объеме пор их удельная поверхность более развита (в 1,9 раза) в кирпиче на основе отходов углеобогащения. В обоих случаях можно отметить наличие мезо-, макро- и ультрамакропор, причем черепок из отходов углеобогащения (рис. 2) имеет в 3,5 раза меньше опасных и в 2 раза больше морозобезо-пасных пор по сравнению с изделиями из углистых аргиллитов, что подтверждается более высокими показателями морозостойкости кирпича на основе отходов углеобогащения Абашевской ЦОФ.

Характер пор изучался на шлифах в проходящем поляризованном свете при параллельных и скрещенных николях (рис. 4, 5). Концентрация макропор возрастает по границам гранул керамических матричных композитов (рис. 4, а, Ь; 5, а, Ь) и вызвана частичной запрессовкой воздуха, а также выдавливанием воды в опудриваю-щий слой при прессовании гранулята. Это подтверждает и радиальная вытянутость пор по отношению к центру гранул вследствие возникновения значительных внутренних компрессионных напряжений.

Текстура керамического черепка характеризуется порами круглыми, слегка вытянутыми, протяженными и петельчатыми. Последние располагаются на границе гранул и заполнены аморфизованным веществом, что можно обнаружить на микрофотографиях шлифов при скрещенных николях (рис. 4, d; 5, 0). Такие поры не опасны и не снижают морозостойкости кирпича.

Электронно-микроскопические исследования по-ровой структуры (рис. 6) согласуются с результатами изучения шлифов. Макропоры в керамическом черепке большей частью вытянутые и заполнены криптокри-сталлическим веществом, которое препятствует проникновению воды в тело черепка, поэтому, несмотря на высокое содержание углистых частиц в отходах, изделия имеют низкое водопоглощение.

Результаты исследований поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов позволили сделать следующие выводы:

— новая технология формирования матричной структуры керамических изделий обеспечивает безопасную с точки зрения морозостойкости гранулометрию пор;

— поскольку при грануляции тонкодисперсных отходов формируется плотная структура заполнителя будущего композита, большая часть пор в готовых изделиях имеет размеры 0,04—4,4 мкм. В таких порах вода становится по существу пристеночной адсорбированной влагой, температура замерзания которой ниже 20оС;

— опудривание гранул тонкодисперсным активированным глинистым веществом способствует заполнению макропор, сконцентрированных по границам гранул; аморфизованным веществом — продуктом твердофазных реакций при обжиге, что также положительно влияет на морозостойкость изделий.

Список литературы

1. Павлов В.Ф. Физико-химические процессы при скоростном обжиге и их регулирование // Керамическая промышленность. 1982. № 2. С. 30—45.

2. Рассказов В.Ф., Ашмарин Г.Д., Ливада А.Н. Производство строительных материалов с использованием техногенных отходов // Стекло и керамика. 2009. № 1. С. 5-9.

changes in the structure of the major rock-forming minerals have a decisive influence on the sintering processes in the manufacture of ceramic bricks from waste coal.

The results obtained are in general agreement with the experimental estimation of the total (specific) pore volume (Va). The exception is the brick made from Korkinskiy carbonaceous argillites, which showed an excessive content of hazardous pores with size from 4 to 40 |m (over 25%) caused a decrease in frost resistance of products (bricks of make F25).

Table 3 and Fig. 2, 3 show the specific surface, volume, and distribution of pores according to their sizes in the ceramic bricks made from waste coal of Abashevo CEP and Korkinskiy carbonaceous argillites, calculated with use of mercury porosimetry data.

With the same pore volume their specific surface is more developed (in 1,9 times) in the brick from waste coal. In both cases the presence of meso-, macro- and ultramacropores can be seen, besides, the crock from waste coal (Fig. 2) has got 3,5 times fewer dangerous and 2 times more frost resistant pores compared with the products from carbonaceous argillites, that is proved by the high indicators of brick frost resistance made from waste coal of Abashevo CEP.

The character of pores was studied in thin sections in the transmitted polarized light with parallel and crossed nicols (Fig. 4, 5). Concentration of macropores increases at the grain boundaries of ceramic matrix composites (Fig. 4, a, b; 5, a, b) and is caused by a partial air pressing and water extrusion into the dusting layer during the granulate compaction. This is confirmed by radial elongation of the pore to the center of the pellets due to the occurrence of significant internal compressive stresses.

The texture of the ceramic crock is characterized by round pores, slightly elongated, extended and looped. The looped ones are located on the granule bor-ders and filled with amorphized substance that can be found in the micrographs of thin sections under crossed nicols (Fig. 4, d; 5, d). These pores are not dangerous and do not reduce frost resistance of bricks.

The electron microscopic studies of the pore structure (Fig. 6) are consistent with the study of thin sections. Macropores in the ceramic crock are mostly elongated and filled with cryptocrystalline substance that prevents the penetration of water into the body of the crock, thus, despite the high content of carbonaceous particles in the waste the products have low water absorption capacity.

The investigation results of the pore structure of wall ceramic materials made from waste coal led to the following conclusions:

— new formation technology of ceramic matrix structure ensures safe pore granulometry from the viewpoint of frost resistance;

— as fine granulation of waste generates dense structure of the composite aggregate, the most of the pores in the finished product have the size of 0,04—4,4 |m. In such pores water becomes essentially the wall adsorbed moisture with the freezing temperature lower than 20oC;

— dusting of the granules by fine dispersed activated clay powder helps fill the macropores concentrated along the granule boundaries with amorphized material — a product of solid state reactions during firing, which also positively affects the frost resistance of products.

References

1. Pavlov V.F. Physico-chemical processes in high-speed burning and their regulation. Keramicheskaya promysh-lennost'. 1982. No. 2, pp. 30-45. (In Russian)

2. Rasskazov V.F., Ashmarin G.D., Livada A.N Production of building materials with use of techno-genic waste. Steklo i keramika. 2009. No. 1, pp. 5-9. (In Russian)

50

апрель 2014

iA ®

3. Стороженко Г.И., Столбоушкин А.Ю., Мишин М.П. 3. Перспективы отечественного производства керамического кирпича на основе отходов углеобогащения

// Строительные материалы. 2013. № 4. С. 57—61.

4. Столбоушкин А.Ю., Столбоушкина О.А., Иванов А.И.

и др. Опытно-заводская апробация технологии кера- 4. мического матричного композита на основе отходов обогащения углистых аргиллитов // Управление отходами — основа восстановления экологического равновесия промышленных регионов России: Сб. докладов IV Международной научно-практической конф. Новокузнецк, 2012. С. 176-181.

5. Everett D.H. Manual of Symbols and Terminology for 5. Physicochemical Quantities and Units: Appendix II: Definitions, terminology and symbols in colloid and surface chemistry - part 1: Colloid and surface chemistry. Pure Applied Chemistry. 1972. No 31, pp. 577-638.

6. Wilson S.J., Stacey M.H. The porosity of aluminum 6. oxide phases derived from well-crystallized boehmite: correlated electron microscope, adsorption, and porosimetry studies. Journal of Colloid and Interface Science. 1981. Vol. 82. No. 2, pp. 507-517.

7. Тихов С.Ф., Фенелонов В.Б., Садыков В.А. Пористая 7. Fe2O3/Al керамика, получаемая окислением порошкообразного алюминия в гидротермальных условиях

с последующей термической дегидратацией. Состав и характеристика композитов // Кинетика и катализ. 2000. Т. 41. № 6. С. 907-915.

8. Морохов И.Д., Трусов Л.И., Чижик С.Л. Ультра- 8. дисперсные металлические среды. М.: Атомиздат, 1977. 212 с.

Storazhenko G.I., Stolboushkin A.Yu., Mishin M.P. Prospects of the domestic production of ceramic bricks from coal enrichment waste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 57-61. (In Russian)

Stolboushkin A.Yu., Stolboushkina O.A., Ivanov A.I. et al. Pilot factory testing of technology ceramic matrix composite from coaly argillites enrichment waste. Waste Management — the basis of restoring the ecological balance of industrial regions of Russia: the fourth collection of reports of the International Scientific and Practical Conference. Novokuznetsk. 2012, pp. 176-181. (In Russian) Everett D.H. Manual of Symbols and Terminology for Physicochemical Quantities and Units: Appendix II: Definitions, terminology and symbols in colloid and surface chemistry — part 1: Colloid and surface chemistry. Pure Applied Chemistry. 1972. No. 31, pp. 577—638. Wilson S.J., Stacey M.H. The porosity of aluminum oxide phases derived from well-crystallized boehmite: correlated electron microscope, adsorption, and porosimetry studies. Journal of Colloid and Interface Science. 1981. Vol. 82. No. 2, pp. 507—517.

Tikhov S.F., Fenelonov V.B., Sadykov V.A. Fe2O3/Al porous ceramics obtained by oxidation of aluminum powder at hydrothermal conditions, followed by thermal dehydration. Composition and characteristics of composites. Kinetika i kataliz. 2000. Vol. 41. No. 6, pp. 907— 915. (In Russian)

Morokhov I.D., Trusov L.I., Chizhik S.L. Ul'tradispersnye metallicheskie sredy [Superdispersed metal media]. M.: Atomizdat. 1977. 212 p.

Cj научно-технический и производственный журнал

® апрель 2014 51

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.