CC BY
35
УДК 691.44
А. Р. Мавлюбердинов
ПОЛЧЕНИЕ ПУСТОТЕЛО-ПОРИСТОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА ИЗ МЕСТНОГО СЫРЬЯ
Ключевые слова: порообразующие добавки, глинистое сырье, подмыльный щелок.
В работе представлены результаты исследований влияния порообразующих добавок на снижение средней плотности керамического черепка. Однако, снижение средней плотности черепка ведет и к снижению прочностных характеристик черепка. Компенсация снижения прочностных характеристик осуществляется посредством введения в составы сырьевых смесей добавок в виде побочных отходов промышленности Республики Татарстан.
Keywords: blowing additives, clay raw materials, podmylny liquor.
The results of studies of the influence ofpore-forming additives on the reduction of the average density of the ceramic crock. However, the decrease in the average density of the crock and leads to a decrease in the strength characteristics of the crock. Compensation to reduce the strength characteristics is carried out by introducing into the composition of the raw mixtures of additives in the form of waste by-products of industry Republic of Tatarstan
Введение
На современном этапе развития строительного комплекса России, в частности Республики Татарстан (РТ), 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].
Ряд научных исследований и производственный опыт показывает эффективность введения для получения пористого кирпича различных выгорающих добавок, таких как угольная мелочь, лигнин, древесные опилки и волокна, отходы переработки продуктов растительного происхождения [2-6].
Некоторые исследователи указывает на целесообразность замены традиционных выгорающих добавок (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.
В работе [2] разработан способ производства керамического кирпича, включающий предварительное обезвоживание выгорающих и отощающих добавок в виде древесных опилок до влагосодержа-ния 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/м 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.
С целью 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.
Экспериментальная часть
В научных лабораториях Казанского государственного архитектурно-строительного университета на протяжении ряда лет ведутся разработки в области получения эффективной пустотело-пористой керамики.
Целью исследований является получение пористо-пустотелого кирпича на основе местного глинистого сырья со средней плотностью менее 1000 кг/м3 и улучшение его физико-механических и теплотехнических характеристик.
В исследованиях было использовано средне-и умереннопластичное, низкодисперсное, легкоплавкое глинистое сырье Приказанской зоны РТ Сарай-Чекурчинского, Шеланговского и Кощаков-ского месторождений. Для снижения средней плотности и регулирования пористости черепка в состав шихты вводили добавки в виде шелухи гречихи (ш.г.); древесной пыли (д.п.); опилок (оп.), а для регулирования прочности черепка - подмыльный щелок.
Шелуха гречихи является вторичным продуктом сельхозперерабатывающей промышленности РТ, а опилки и древесная пыль побочными продуктами предприятий деревообрабатывающей индуст-
рии РТ. Гранулометрический состав добавок приведен в таблице 1 в виде полных остатков на контрольных ситах.
Таблица 1 - Гранулометрический состав порооб-разующих добавок
Добавки Полные остатки в % при размерах отверстий контрольных сит, мм
5.0 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 <0.14
Д.п - - - 2.26 57.6 96.4 100
Оп 2.5 15.8 29.9 58.9 76.9 86.3 100
Ш.г. - 78,9 89,7 97,7 100 100 -
Для исследований возможности максимального снижения средней плотности черепка за счет введения вышеуказанных органических порообра-зующих добавок изготавливались контрольные образцы в виде кубиков размером 50x50x50 мм, которые готовились по следующей технологии.
Глину предварительно подсушивали и размалывали на лабораторных бегунах. Компоненты сырьевой смеси дозировались, увлажнялись до формовочной влажности, вылеживались в течении 48 часов для равномерного распределения влаги по объему. Затем формовались образцы, которые высушивались в лабораторном сушильном шкафу типа СНОЛ до остаточной влажности 4-6 % и обжигались в лабораторной электропечи при 350о С.
Определение основных физико-механических характеристик обожженных образцов осуществлялось согласно требованиям нормативных документов.
По результатам испытаний контрольных образцов были построены зависимости прочности и плотности от количества вводимых органических порообразующих добавок и выявлены их оптимальные дозировки. Нами определено, что прочность изделий в 7,5 МПа достигается при введении в состав шихты шелухи гречихи в количестве 20, или опилок-15, или древесной пыли-10 % от расхода глины, но при этом средняя плотность кирпича по сравнению с нулевым составом (без добавок) снижается с 1900-1700 кг/м3. Если в качестве аналога брать «Унипор», «Термопор», «Поротон» у которых минимальная прочность в 4 МПа при плотности 800 кг/м3, то она достигается при введении в состав шихты шелухи гречихи в количестве 40, или опи-лок-32, или древесной пыли-20 %. При этом плотность принимает значения 1150, 1230, 1300 кг/м3 соответственно.
Дальнейшее снижение средней плотности до значений менее 1000 кг/м3 достигается созданием пустотности свыше 36 %, согласно ГОСТ 530-2012.
Известно, что с увеличением количества органических добавок, вводимых в шихту уменьшается средняя плотность изделий, а следовательно улучшаются теплофизические свойства, но к сожалению снижается прочность. Поэтому в целях улучшения физико-механических характеристик керамического черепка рекомендуется вводить в составы сырьевых смесей флюсующие компоненты, такие как техническая сода, подмыльный щелок, отходы травления алюминия, отходы гальванического производства, осадки сточных вод, шлам от процесса дубления кожи и т.д.
Нами проведены исследования повышения прочности пористого черепка, путем введения под-мыльного щелока.
Подмыльный щелок, являющийся побочным продуктом промышленности, плотностью 1,05-1,2 гр/см2, представленный следующими компонентами, мас. %: хлорид натрия-15, свободная едкая щелочь-1.2, свободная углекислая сода-1.5, жирные кислоты - не более 1, вода - остальное.
Подмыльный щелок вводился в составы сырьевых смесей в количестве от 0 до 3 % от массы глины с шагом 0,5. Обжиг контрольных образцов осуществлялся при температурах 900, 950, 1000, 1050 °С.
Результаты исследований
В ходе экспериментов выявлено, что оптимальным количеством добавки (ПЩ) является 1,5 %. Доказано, что с увеличением температуры обжига улучшаются и прочностные показатели черепка. Так как повышение температуры обжига ведет к удорожанию конечного изделия, а прочностные характеристики при температуре обжига 950°С уже удовлетворяют требованиям ГОСТ 530-2012 поэтому за оптимальную принята температура обжига 950 °С.
Таблица 2 - Влияние подмыльного щелока (ПЩ) на прочностные характеристики пористого черепка
Добавки Прочность в МПа при введении добавки, %
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0
Шг 7.5 8.9 9.7 9.9 9.6 9.5 8.8
Оп 7.5 8.7 9.2 9.4 9.0 8.7 8.0
Дп 7.5 8.3 8.8 9.0 8.7 8.2 7.8
Шг 4.0 5.4 6.5 7.3 6.9 5.3 4.5
Оп 4.0 5.2 6.3 7.0 6.7 5.8 4.3
Дп 4.0 4.8 5.4 6.8 6.0 5.2 3.9
Из табл. 2 видно, что с увеличением количества добавки ПЩ до 1,5 % прочность возрастает, а при дальнейшем увеличении количества добавки падает.
Аналогичное поведение добавок прослеживается и на двух других глинах Кощаковского и Шелан-говского месторождений.
При увеличении добавки подмыльного щелока в составы сырьевых смесей происходит повышение концентрации флюсующего натрийсодержащего компонента добавки, который способствует снижению температуры образования стеклофазы в области более низких температур, а, следовательно, увеличению количества расплава до оптимальных значений при обжиге черепка при температуре 950°С. Это является главной причиной увеличения прочно -сти материала, из-за увеличения площади контакта нерасплавившихся частиц кварца, полевых шпатов, аморфных составляющих за счет образования большого объема кремне-натриевой стеклофазы, способствующей при оптимальном ее количестве интенсивной цементации черепка. Кроме того, углы и грани зерен кристаллического кремнезема оплавляются (разъедаются), но в основной своей массе в реакциях образования жидкой фазы не участвуют, оставаясь вместе с кристаллическими новообразованиями
3
элементами скелетного каркаса обожженного материала.
Результаты проведенных экспериментов показали, что введение в состав сырьевых смесей шелухи гречихи-40, опилок-32, древесной пыли-20 % позволяет снизить среднюю плотность черепка до 1150, 1230, 1300 кг/м3 соответственно при прочности в 4 МПа. Однако этой прочности недостаточно для производства стеновых материалов. Вводимый в состав сырьевых смесей подмыльный щелок позволяет нам компенсировать потерю прочности за счет дополнительного образования некоторого количества стеклофазы, спаивающей аморфные составляющие керамической массы.
Поставленная цель - получение кирпича с плотностью менее 1000 кг/м3 может быть достигнута дополнительным созданием пустот.
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. Компенсация потери прочности объясняется увеличением площади контакта нерасплавив-
© А. Р. Мавлюбердинов - канд. техн. наук, доцент кафедры технологии, организации и механизации строительства», КГАСУ, [email protected].
© A. R. Mavlyuberdinov - Ph.D. in Engineering, Associate Professor of Dept. of Technology, Organization and Mechanization of Construction, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected].
шихся частиц кварца, полевых шпатов, аморфных составляющих за счет образования большого объема кремненатриевой стеклофазы, способствующей при оптимальном ее количестве интенсивной цементации 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. Авт.свид. СССР 761441 С04В 33/02. Способ приготовления шихты для изготовления керамики / А.К. Михайлов; Опубл. 04.09.80, Бюл. № 13. - 2 с. Авт.свид. СССР 658111. Керамическая масса для изготовления строительных изделий / Б.И. Мороз, П.Н. Хорьков; Опубл. 25.04.79, Бюл. № 15. - 4 с. Заявка ФРГ 3518318, С04В 38/06. Пористый глиняный кирпич / Гротьян Хартмут; Опубл. 27.11.86, Бюл. № 27. - 9 с.
Авт.свид. СССР 1738793 С04В 33/02. Способ изготовления дырчато-пустотелого кирпича / А.М. Гольдман; Опубл 07.06.92, Бюл. №21. - 4 с.
