CC BY
31УДК 691.42
Н.Г. ГУРОВ, генеральный директор, А.А. НАУМОВ, начальник научно-исследовательского отдела, ЗАО «Южный научно-исследовательский институт строительных материалов»; Н.Н. ИВАНОВ, канд. геогр. наук, Южный федеральный университет (Ростов-на-Дону)
Пути повышения морозостойкости кирпича полусухого прессования
Производство керамического кирпича для строительства зданий и сооружений осуществляется по двум основным технологическим схемам: пластического формования и полусухого прессования. В России за последние два десятилетия произошло существенное обновление производственных мощностей предприятий, работающих по схеме пластического формования, как правило, за счет импорта комплектных линий большой единичной мощности европейского производства. Это позволяет наполнять отечественный рынок строительных материалов высококачественными изделиями стеновой керамики — лицевым кирпичом различной пустотности, в том числе цветным, высокопоризованными камнями и т. д.
Высокие потребительские свойства и товарный вид такой продукции обеспечивают в настоящее время этим производителям конкурентные преимущества по всем показателям в сравнении с прочими кирпичными заводами, большинство из которых построены и эксплуатируются еще с советских времен.
В особо сложном положении оказались заводы — производители кирпича полусухого прессования. С 2008 г. вступил в действие ГОСТ 530—2007 «Кирпич и камни керамические. Общие технические условия». Минимальные требования по морозостойкости изделий повысились до 25 и более циклов. А реальное положение дел таково, что большинство заводов — производителей кирпича полусухого прессования, построенных в эпоху дефицита кирпича по самой упрощенной технологической схеме, и ранее выпускали кирпич, который не дотягивал по морозостойкости до прежних стандартов. Однако благодаря хорошей геометрии и внешнему виду зачастую воспринимался строителями как лицевой. Но рынок все отрегулировал.
Насыщение рынка керамических стеновых материалов качественными изделиями и возросший уровень требований ко всем элементам стеновых конструкций зданий практически закрывают доступ к использованию кирпича полусухого прессования во внешних стенах, что чревато для производителя невостребованностью продукции и банкротством многих предприятий.
В настоящее время руководители многих заводов, считая низкую морозостойкость кирпича полусухого прессования «родимым пятном» данной технологии и не видя выхода из складывающейся ситуации, пыта-
ются «решить» проблему, занимаясь приобретением псевдосертификатов и поставляя на рынок фактически неморозостойкую продукцию, которая в течение нескольких лет обязательно проявляет себя, разрушаясь в стеновых и несущих конструкциях.
Это приводит к еще большей дискредитации керамического кирпича в общем и кирпича полусухого прессования в частности. У потребителя складывается мнение о низком качестве кирпича полусухого прессования, хотя исследования показывают, что с точки зрения эксплуатации изделий стеновой керамики в кладке зданий кирпич полусухого прессования более предпочтителен, чем пластического формования, что обусловлено его более совершенной структурой [1]. Однако это утверждение корректно только по отношению к кирпичу, изготовленному по перспективным технологиям.
При традиционной технологии подготовки пресс-порошка с использованием сушильного барабана и дезинтегратора для большинства типов глинистого сырья невозможно получить качественный кирпич, удовлетворяющий требованиям ГОСТ 530—2007. Для получения качественной продукции полусухим способом необходимо значительно улучшить качество пресс-порошка путем корректировки состава глиномассы с последующим гранулированием и подсушкой отпрессованного сырца перед обжигом [2].
Многочисленные работы, проведенные с целью изучения влияния технологических параметров подготовки пресс-порошка на внешний вид и физико-механические свойства обожженного керамического камня, позволяют констатировать, что для получения качественных изделий полусухого прессования необходимо подвергать глину предварительной переработке и грануляции. В настоящее время перспективными считаются два направления массопереработки:
— пластическая переработка глиномассы с грануляцией и подсушкой гранул до формовочной влажности, измельчение и формование гранул в стержневом смесителе [3];
— механоактивация глинистого сырья в измельчи-тельно-сушильном агрегате и получение из дисперсного порошка и различных добавок в турболопаст-ном смесителе-грануляторе гранул сферической формы размером до 3 мм [4].
Таблица 1
Содержание тонкодисперсных фракций в глинистом сырье различных месторождений
Название месторождения Массовая доля тонкодисперсных фракций, мм, % Классификация
>0,06 0,06-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 <0,001
Россошанское 19,56 31,69 7,85 14,05 26,85 Низкодисперсное
Султан-Салынское 3,19 56,48 5,83 18,25 16,28
Светлоярское-2 (глина) 3,1 19,6 8,75 23,6 44,95 Среднедисперсное
Светлоярское-2 (супесь) 61,5 22,09 2,6 5,7 8,1 Грубодисперсное
Шахтинское-1 (Атюхтинское) 0,47 39,88 6,85 22,5 30,3 Низкодисперсное
Кагальницкое-3 2,62 37,69 9,08 16,23 34,38
Таблица 2
Химический состав глинистого сырья различных месторождений
Название месторождения SiO2 св. Массовая доля компонентов, %
SiO2 А12Оэ общ. СаО МдО общ. ТЮ2 К20 Na2O Р2О5 ППП
Россошанское 33,6 63,19 9,68 3,86 7,75 1,87 0,04 0,62 1,89 0,67 - 9,51
Султан-Салынское 30,72 59,69 11,65 5,3 7,09 3,06 0,03 0,76 2,17 1,21 - 9,21
Светлоярское-2 (глина) 16,54 54,93 17,25 7,26 3,64 3,25 0,39 0,92 4,1 1,18 - 6,85
Светлоярское-2 (супесь) 51,39 74,69 9,14 2,97 4,39 1,4 0,06 0,47 1,43 0,94 - 3,68
Шахтинское-1 (Атюхтинское) 30,73 58,76 10,76 5,4 8,51 2,86 0,03 0,7 1,14 2,06 - 9,89
Кагальницкое-3 26,68 55,48 11,2 5,31 9,73 2,92 1,03 0,69 1,85 0,95 - 9,89
Минеральная добавка - 0,68 1,04 0,44 45,97 2,13 4 0,13 0,01 0,03 0,99 44,08
Таблица 3
Зерновой состав и насыпная плотность минеральной добавки
Материал Частные остатки на ситах, мм, % Влажность в воздушно-сухом состоянии, % Насыпная плотность в воздушно-сухом состоянии, кг/м3
0,25 0,1 0,063 менее 0,063
Минеральная добавка 0,8 24,7 29,9 44,6 0,2 1400
Таблица 4
Физико-механические показатели обожженных образцов
Массовая доля компонентов массы, % Удельное давление прессования, МПа Температура обжига, оС Средняя плотность, кг/м3 Прочность, МПа Водопоглощение, % Морозостойкость, циклы
Глинистое сырье Добавка при сжатии при изгибе
Россошанское - 100 - 25 1000 1910 36,7 6,3 13,7 4
Россошанское - 95 5 25 1000 1900 46,2 7,1 12,6 100*
Султан-Салынское - 100 - 25 1050 1930 37,6 10,1 12,4 12
Султан-Салынское - 95 5 25 1050 1864 48,3 12,3 12,7 210
Светлоярское-2: глина - 60, супесь - 40 - 15 1020 1940 39,4 12,4 12 30
Светлоярское-2: глина - 60, супесь - 35 5 15 1020 1900 45 15,7 13,5 150*
Кагальницкое-3 - 100 - 20 1020 1834 31,7 11,8 13,6 2
Кагальницкое-3 - 95 5 20 1020 1820 40,2 16,1 13,7 50*
Шахтинское-1 (Атюхтинское) - 100 - 25 1050 1895 24,1 6,1 13,2 4
Шахтинское-1 (Атюхтинское) - 95 5 25 1050 1870 35,7 8,5 13,7 152
* - образцы без дефектов, испытания прекращены.
И первое, и второе направления подготовки пресс-порошка позволяют значительно улучшить как физико-механические показатели, так и внешний вид кирпича полусухого прессования при условии получения качественной прессовки и оптимальных режимов сушки и обжига. Выбор способа подготовки в данном случае определяется в основном экономической составляющей и видом сырья.
Однако улучшение внешнего вида и прочностных показателей кирпича полусухого прессования зачастую не обеспечивает его морозостойкости. Исследованиями, проводившимися в течение ряда лет в лаборатории ЮжНИИстром, установлено, что для достижения высокой морозостойкости керамического камня полусухого прессования (без ухудшения его внешнего вида) и возможности получения полнотелого кирпича необходимо вводить минеральную добавку, способствующую оптимизации структуры камня в процессе обжига. По первому способу подготовки шихты добавку вводят при пластической переработке массы для обеспечения ее гомогенизации, по второму способу — после измельчения глинистого сырья в процессе грануляции. Таким обра-
зом, и в первом, и во втором случае как крупные зерна, так и более мелкая фракция имеют в своем составе равномерно распределенную добавку, обеспечивающую увеличение резервной пористости и способствующую образованию новых кристаллических фаз, упрочняющих керамический камень.
В качестве добавки для повышения морозостойкости керамического камня использовали кальцийсодер-жащие отходы, образующиеся в процессе производства минеральных удобрений. Для проведения экспериментальных работ выбрали монтмориллонито-гидрослюди-стое глинистое сырье пяти месторождений, расположенных в Ростовской, Воронежской и Волгоградской областях, которое как в чистом виде, так и с топливо-содержащей добавкой не обеспечивало необходимой морозостойкости керамического камня, соответствующей действующему ГОСТу. Качественные характеристики минеральной добавки и глинистого сырья представлены в табл. 1—3.
При одних и тех же параметрах подготовки пресс-порошка, сушки и обжига образцы без минеральной добавки выдержали от 4 до 30 циклов попеременного за-
¡■Л ®
март 2012
41
мораживания и оттаивания, а с введением 5% добавки морозостойкость составила от 50 до 210 циклов (табл. 4) (заявка на изобретение № 2009139120).
Изучение физико-химических процессов, происходящих при обжиге образцов с модифицирующей добавкой, и структуры керамического камня проводили с использованием дериватографических, рентгенофазовых, дилатометрических, электронно-микроскопических и др. методов, результаты которых будут представлены в следующей статье.
Необходимо отметить, что добавка, введенная в пресс-порошок без дополнительной пластической подготовки, т. е. не равномерно распределенная в массе, а только в тонкой разности пресс-порошка, не обеспечила повышения морозостойкости обожженного керамического камня. Таким образом, при введении минеральной добавки она должна быть равномерно распределена во всем объеме пресс-порошка как в крупных, так и в мелких зернах.
Проведенные исследования показали, что при учете особенностей сырья с введением определенного вида добавок можно регулировать параметры как пресс-порошка, так и готового изделия, т. е. изменять пористость и прочность гранул, обеспечивая снижение давления прессования при достаточной прочности сырца. Создание искусственной шихты перед получением пресс-порошка позволит направленно регулировать свойства готовой продукции и обеспечит получение высокопрочного лицевого кирпича на основе низкосортного глинистого сырья, что позволит предприятиям, работающим по схеме полусухого прессования, выйти на рынок с конкурентоспособной продукцией.
Выводы
1. Результаты, полученные при вводе минеральных добавок, позволяют не только гарантированно повы-
сить показатель морозостойкости изделий выше требуемых ГОСТ 530—2007, но и улучшить их внешний вид и прочность. Таким образом, кирпич полусухого прессования может без ограничений использоваться в конструкциях внешних стен зданий и применяться в качестве лицевого. 2. Внедрение представленных результатов исследований на действующих предприятиях потребует установки 2—3 единиц нового технологического оборудования в зависимости от технологической схемы, причем без остановки и нарушения сложившегося ритма производства, а окупаемость инвестиций в техническое перевооружение составит не более полугода после проведения работ.
Ключевые слова: морозостойкость, керамический кирпич, керамический камень, полусухое прессование, гли-номасса, пресс-порошок, стержневой смеситель, механо-активация, гранулятор, минеральная добавка.
Список литературы
1. Тарасевич Б.П. Научные основы выбора оптимального направления в технологии стеновой керамики // Строительные материалы. 1993. № 7. С. 22—25.
2. Гуров Н.Г., Котлярова Л.В., Иванов Н.Н. Расширение сырьевой базы для производства высококачественной стеновой керамики // Строительные материалы. 2007. № 4. С. 62-64.
3. КондратенкоВ.А., ПешковВ.Н., Следнев Д.В. Проблемы строительства и реконструкции кирпичных производств // Строительные материалы. 2004. № 2. С. 3-5.
4. Стороженко Г.И., Болдырев Г.В., Кузубов В.А. Меха-нохимическая активация сырья как способ повышения эффективности метода полусухого прессования // Строительные материалы. 1997. № 8. С. 19-20.
EQUIP
ceramic
^ЧЭКИ П СЕРАМ ПК
Передовые технологии для грубокерамической промышленности
«л*
TV*»**
Ое
Equipceramic - правообладатель AGEMAC
