Исследование свойств стеновой керамики с использованием механоактивированной композиционной добавки

В статье приведены результаты исследования, а также показана перспективность производства стеновой керамики на основелессовидных суглинков, модифицированных механоактивированной композиционнойдобавки. Предложенный технологический прием грануляции керамических масс,позволяет улучшить формовочные и физико-механические свойства готового продукта.

Ключевые слова: стеновая керамика, механоактивировация, вагранный шлак, уголь, суглинок.

Одним из важных направлений развития промышленности строительных материалов потехнологии керамики является повышение номенклатуры и качества выпускаемых изделий примаксимальном использовании местного сырья [1–2].

Развитие мирового строительства неразрывно связано с нарастающей тенденциейприменения строительныхматериалов и конструкций, обеспечивающих значительное снижениемассы зданий и сооружений [3].

При большом разнообразии современных энергосберегающих стеновых материалов керамический кирпич всегда сохраняет свои позиции благодаря сочетанию ценных свойств. Основной тенденцией в отрасли керамических стеновых изделий является повышение эффективности производства за счет ввода новых мощностей с передовыми современными технологиями, а также совершенствования технологии и оборудования, вовлечения в процесс добавок различного назначения. Производство керамических изделий связано со значительным расходом природных ресурсов. Уменьшить их расход и тем самым способствовать охране природы можно, заменяя такие материалы различным техногенным сырьем и отходами промышленного производства [4,5].

Повышение пустотности и пористости изделий стеновой керамики необходимо для улучшения теплозащитных функций ограждающих конструкций зданий. Особенно это актуально в настоящее время в связи с ужесточением требований по термическому сопротивлению ограждения[6,7].

Одним из эффективных методов повышения качества лицевых керамических изделий является разработка новой технологии с использованием композиционной керамической массы путем введения механоактивированных добавок [9].

Цель исследования — установление возможностиполучения высококачественного и керамическогокирпича на основе лессовидных суглинков Западно-Казахстанской области путем введения эффективныхмеханоактивированных добавок и использования новыхтехнологических решений.

Для изучения влияния степени измельчения материала на физико-механические свойства сырца, отформованного методом полусухого прессования, и свойства обоженного материала из пробы готовилисьшихты различного гранулометрического состава [8]. Высушенные до воздушно — сухого состояния пробы пропускались через дробилки до прохождения через сито с отверстиями 0,315; 0,63 мм. Из полученных сырьевых смесей формовались образцы цилиндры диаметром и высотой 50 мм.

Составыкомпозиционных керамических смесей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Шихтовой состав исследуемой композиции

Подготовленные сырьевые компоненты перемешивались, при этом влажность шихтысоставляла 10–12 %.

Для равномерногораспределения влаги в составе керамической смесивода добавлялась с помощью пульверизатора и тщательно перемешивалась в течение 10 мин. Затем сырьевая смесь формуется методом полусухого прессования на гидравлическомиспытательном прессе ПГМ-500МГ4 с автоматизированной системой ввода данных и фиксированием результатов на персональном компьютере. Давление прессования составляло15–20 МПа.Отформованные изделия обжигались без предварительной сушки в муфельной печиСНОЛ 12/12-В до 900–950°С. За исследуемые свойства керамических масс принимались полная усадка,прочность сырца как критерии сушильных и формовочных свойств, прочность при сжатии и водопоглощение как показатель качества изделий.

Исследуемые составы керамических масс и сравнительные характеристики физико-механических свойств образцов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Физико-механические свойства образцов

Анализ изменения исследуемых свойств образцов от содержания композиционной добавки позволил оптимизировать составы керамической массы. За оптимальные составы керамической композиции принимали смеси обладающие высокими показателями исследуемых свойств. Этим требованиям соответствуют составы керамической массы, находящиеся в области, ограниченной следующими предельными концентрациями компонентов, мас %: лессовидный суглинок 80,0–85,0; механоактивированная композиционная добавка 15,0–20,0. Как показывают результаты исследования, с повышением содержания механоактивированного шлака и угля за счет уменьшения содержания лессовидного суглинка наблюдается увеличение прочности при сжатии и изгибе, а также морозостойкости. При этом чем больше удельная поверхность молотой композиции, тем выше показатели указанных исследуемых свойств. Например, увеличение прочности при сжатии и изгибе с изменением удельной поверхности от 800 до 2000см2/г составляет от 10,1до 17,2МПа и от 2,8 до 5,1МПа соответственно. Следует отметить, что увеличение прочности при сжатии и изгибе в целом составляет более 40–50 %. С увеличением удельной поверхности композиционной смеси наблюдается существенное увеличение морозостойкости. Сравнительный анализ изменения этих свойств по сравнению с образцами на основе чистых суглинков общее показал, что увеличение прочности при сжатии составляет 40 %, при изгибе 50 %, а увеличение морозостойкости составляет от 15 циклов до 50 циклов, т. е. в среднем в 3,5 раза.

Что касается изменений средней плотности, то несмотря на то, что увеличивается удельная поверхность вводимой композиционной добавки, предполагающая повышение средней плотности образцов из-за увеличения плотности упаковки сырьевой системы в целом, наблюдается существенное снижение показателей средней плотности термообработанных образцов на основе исследуемой керамической композиции. Снижение средней плотности по сравнению с показателями средней плотности образцов на основе чистых суглинков составляет от 1870 до 1710 кг/м3, что составляет около 8 %, то есть масса 1м3 изделия на основе исследуемых образцов легче сравниваемых на 120–140кг.Это подтверждается и снижением массы полнотелого кирпича от 4,3 до 3,2 кг. Увеличение удельной поверхности вводимой комплексной добавки способствовало также повышению показателей водостойкости по сравнению с образцами на основе чистых суглинков от 0,7 до 0,92. А сравнение изменения показателей водопоглощения показывает, что повышение удельной поверхности композиции приводит к незначительному снижению их показателей и находится в пределах 13,8–13,1 %.

Показатели физико-механических свойств испытанных образцов соответствуюттребованиям ГОСТ 530–2007 для лицевой стеновой керамики.

Разработанная технология и составы керамических масс на основе лессовидных суглинков, модифицированных механоактивированными композиционными добавками, позволяют повысить прочность кирпича, снизить среднюю плотность за счет увеличения микропористости, сократить продолжительность обжига и экономить топливо на 30–35 %.

Литература:

1. Ботвина Л. М. Строительные материалы из лессовидных суглинков. Ташкент.: Укитувчи, 1984. с.40.
2. Камалов С. А., Ли К. А. География размещения месторождений природных ископаемых Уральской области и их народнохозяй-ственной применение. — Уральск, 1992. — 139 с.
3. Монтаев С. А., Сулейменов Ж. Т. Стеновая керамика на основе композиции техногенного и природного сырья Казахстана. //монография. — Алматы: Ғылым, 2006–190 с.
4. Ботвина Л. М. Строительные материалы из лессовидных суглинков. Ташкент.:Укитувчи, 1984. — С.40.
5. Комар А. Г. Строительные материалы и изделия. М.: Высшая школа, 1988, — С. 70–71.
6. Павлов В. Ф. Физико-химические основы обжига изделий строительной керамики. М.: Стройиздат. 1977. — 240 с.
7. Монтаев С. А. Разработка технологии лицевойстеновой керамики в двухкомпонентной керамической композиции/ С. А. Монтаев, Н. Б. Адилова, Н. С. Монтаева//Труды Международной научно-практической конференции «Ауезовские чтения-9:пути инновационного развития науки, образования и культуры в новом десятилетии», — Шымкент: ЮКГУ им.М.Ауезова, 2010 -253с.
8. Инновационный патент на изобретение. № 2009/0517.1 Способ изготовлениякирпича. МПК С04В 33/04 10.10.2008 С. А. Монтаев, К. А. Нариков, Н. Б. Адилова, Б. Т. Шакешев, А. С. Монтаева, Н. С. Монтаева.
9. Нариков К. А. Технология и свойства стеновой керамики на основе лессовидныхсуглинков с применением механоактивированных композиционных добавок/ Автореф.