Строительная керамика на основе техногенного грубодисперсного сырья 05.23.05 - строительные материалы и изделия (стр. 7 )

При обжиге смеси связок со шлаком, хотя и в меньшей степени, но так же усиливается образование анортита и дополнительно отмечается образование волластонита, улучшающих свойства керамики.

Экспериментальные исследования подтверждают, что приведенные свойства керамических связок обуславливают спекание композиций со шлаком. Причем, за счет влияния кальциевых ионов, как и предполагалось, образцы из композиций со шлаком спекаются легче, чем образцы из композиций с кварц-полевошпатовым песком. Для достижения примерно одинаковой степени спекания в композиции со шлаком требуется вводить меньшее количество связки, снижать количество стеклобоя в них и понижать температуру обжига образцов. При этом можно манипулировать одновременно всеми тремя факторами, можно двумя или одним из них. Например, спекание образцов из композиций с высококальциевым шлаком до водопоглощения 6-7% достигается при использовании 30% связки с содержанием 30% стеклобоя в ней при температуре обжига 1100°С. Спекание образцов из композиций со шлаком до водопоглощения менее 1% достигается при использовании связок с содержанием 30-50% стеклобоя и смеси суглинка и глины в составе композиции в количестве от 30 до 50% в составе композиций при температуре 1120°С. Структура образцов из композиций зернистого шлака со связками является наиболее ярко выраженным вариантом структур по типу "ядро – оболочка". А характер структур шлака со связками наиболее четко отражает процесс их формирования. По структуре образцов с водопоглощением 6-8% видно, что связка образует оболочки вокруг крупных и расположенных между ними средних и мелких зерен шлака. Видно, что оболочки взаимодействуют с поверхностью зерен с образованием кристаллических фаз волластонита и анортита. Взаимодействие оболочки с зерном протекает очень активно, от поверхности зерна шлака к оболочке образуется достаточно заметная переходная зона как результат этого взаимодействия. Образование переходной зоны обуславливает согласованность шлакового зерна с оболочкой и растрескивания зерен шлака не происходит. Поэтому прочность образцов высокая и составляет 190-210 МПа при сжатии и 16-19 МПа при изгибе.

Из структуры плотно спеченных образцов, которая достигается при использовании максимального (50%) количества стеклобоя в связке или после обжига при более высокой температуре (1120°С), видно, что мельчайшие зёрна шлака вовлекаются в процесс образования жидкой фазы в полном или почти полном объёме. Повышается количество и реакционная способность стеклофазы. Это выражается в увеличении толщины промежуточной зоны от поверхности крупных зёрен шлака к оболочкам вокруг них, в активизации кристаллизации новых фаз в виде волластонита и анортита в оболочке. Кроме того, понижение вязкости стеклофазы за счёт кальциевых ионов, увеличение её проникающей способности и сродство стеклофазы к зёрнам шлака способствуют её растеканию по поверхности образцов и образованию стекловидного покрытия, которое при охлаждении за счёт кристаллизации волластонита становится непрозрачным и белым по цвету.

При исследовании спекания образцов с зернистым шлаком из других проб установлено, что с увеличением максимального размера зёрен в пробах шлака до 3 мм снижаются прессовочные свойства композиций. Для получения достаточной прочности сырца приходится снижать количество шлака в композиции и увеличивать массивность образцов. Например, при увеличении максимального размера зёрен в шлаке с 1 до 3 мм его количество в композиции уменьшается с 70 до 50-60%, а толщина плоских образцов увеличивается с 10 до 15 мм.

Приведенные результаты показывают, что наиболее активное спекание и формирование плотных структур в грубозернистых композициях с высококальциевым шлаком происходит при содержании 30-50% связки. Наличие плавня в материале оболочки вокруг зерен шлака обуславливает менее заметное, чем при отсутствии плавня, снижение плотности образцов, при содержании связки ниже 40%, в частности при содержании связки 30%, что находится в соответствии с моделированием смешанных структур керамики.

В седьмом разделе приводятся рекомендации по внедрению разработанных составов и технологии в производство. Анализ спекания, структуры и свойств керамических образцов показывает (таблица 6), что можно выбрать составы композиций из смеси глин с грубозернистыми компонентами, гарантирующих получение кирпича марок 150-250 по прочности и марок 25-50 по морозостойкости, облицовочного камня, клинкерного кирпича и тротуарной плитки, керамической черепицы и тонкой строительной керамики. Для подтверждения возможности получения этих видов керамических изделий проведено их изготовление в условиях производства на предприятиях Жамбылской области. Для получения высокопрочного и морозостойкого кирпича можно использовать композиции из глин с отсевом глинистых сланцев в количествах 50-70%, композиции с высококальциевым шлаком в количествах 50-60% либо со смесью суглинка с бентонитовой и каолинитовой глинами. Прочность обожженных образцов при сжатии из этих композиций составляет 19,7-55,3 МПа, морозостойкость 24-50 и более циклов и плотность 1740-1820 кг/м3. Образцы из композиций глин с отсевом глинистых сланцев характеризуются небольшим расширением (0,3 %), образцы из композиций с другими непластичными компонентами – незначительной усадкой (- 0,8).

На кирпичном заводе (ТОО «Стройсервис – Эльф» г. Тараз) методом полусухого прессования проведено опробование трех составов, содержащих ГО, ОГС, ЦП, ФКС, ФГС, УКС. Подготовку компонентов проводили по технологии, полученной в ходе  научных исследований и исходя из особенностей применяемых компонентов. При изготовлении кирпича глины мололи до прохождения через сито с размером ячейки 1 мм,  ГО, ФКС, ФГС -  до прохождения через сито с размером ячейки 3 мм. При промышленной апробации исследуемых композиций подтверждены результаты выполненных исследований. Изделия из разработанных композиций отвечают требованиям стандартов на кирпич и характеризуются более высокой прочностью и морозостойкостью по сравнению с кирпичом текущего производства (состав 4), что особенно важно для обеспечения устойчивости зданий в сейсмических районах, к которым относится Жамбылская и Южно-Казахстанская области. Прочность кирпича при сжатии составляет 19 - 25 МПа против 7,5-8,2 МПа для кирпича текущего производства, морозостойкость кирпича 28 - 50 циклов. Обожженные изделия характеризуются небольшой усадкой и отличаются от традиционных по цвету, что дает возможность расширить цветовую гамму кирпича и улучшить внешний вид зданий без применения отделочных работ. Кроме того, результаты работы использованы при внедрении в производство состава кирпича полусухого прессования марки 150 по прочности и 35 по морозостойкости (приложение) из композиции глины с грубозернистым шлаком. Композиции с ОГС, ЦП в количестве 50 - 60% (таблица 6), пустотелые и полнотелые образцы из которых после обжига при температуре 1050°С имеют водопоглощение менее 14 %, морозостойкость 48–50 циклов и более, имеют красивый светло-бежевый цвет, являются наиболее подходящими для изготовления облицовочного камня. Кроме этого, получение облицовочного камня возможно из композиций глин с гранитным отсевом. Образцы из композиций этих составов также характеризуются высокой прочностью, морозостойкостью и красивым внешним видом.

В соответствии с разработанным технологическим регламентом изготовление клинкерного кирпича и тротуарной плитки проводили в цехе производства кирпича из смеси суглинка (25%), глины (5%), шлака ферросиликомарганца (50%) и стеклобоя (25%) по технологии полусухого прессования. После обжига при температуре 1070°С водопоглощение изделий составляет 5,2 %, прочность при сжатии – 60-62МПа, при изгибе – 7,4МПа, морозостойкость более 50 циклов.

Изделия ленточной черепицы в соответствии с разработанным технологическим регламентом формовали полусухим способом из смеси каолинит-монтмориллонитовой глины с гранитными отсевами в количестве 50% (таблица 6). Глину измельчали до остатка 1,5-2,0 % на сите с размером ячейки 0,315 мм. Гранитные отсевы использовали в виде зернистого компонента фракции <1,25 мм. При обжиге (1000°С) применяли комбинированную садку черепицы с кирпичом. Черепица имеет высокую прочность при изгибе (17,5-19,2 МПа) и высокую морозостойкость (марка 35). Усадка черепицы составляет 2,1-2,4%, в результате коробление изделий отсутствует. Водопоглощение черепицы 8,2-8,7%, при ударе она издает чистый звук, в изломе имеет однородное и мелкозернистое строение.

Таблица 6– Состав, свойства и область применения строительной керамики из композиций глин с непластичными компонентами

Состав, % мас.	Т, °C	Свойства	Область применения
нуглинок + глина	нНепластичный компонент	W, %	Rсж МПа	Мрз., циклы
(30-40)	ГО (60-70)	1050	13,1- 13,7	41-54	> 50	Лицевой кирпич (ЛК)
(30-40)	ГО (10 - 65)	950-1000	14,2-16,9	25,8-55,3	25-50, >50	Высокопрочный и морозостойкий кирпич, декоративный кирпич
(50)	УКС ФКС (50)	950- 1000	17,6- 17,9	19,7-20,1	20-24	Рядовой кирпич и декоративный камень
(25)	ГО (50) + стеклобой (25)	1070-1100	2,6-4,8	90-130	>50	ЛК, клинкерный кирпич, тротуарная плитка
(60)	УКС (30) + стеклобой (10)	950-1050	5,4-8,1	24,4-27,8	>50	Черепица
(50)	ФГС (50)	1000-1050	7,2-8,9	Rизг= 12,1-15,9	40-50	Черепица
(25)	ФГС (50-70) + стеклобой (25)	1090- 1150	0,2-13,8	95-140	>50	ЛК, плитка керамическая
(30-65)	ФКС (30-50) + стеклобой (5-25)	1070-1090	1,5-15,4	Rизг 15,4-22,1	>50	Плитка керамическая
Щелочные связки 30-40	Неплас-тичные компоненты 60-70	950	13-15	10-15	25	Обычная керамика
Щелочные связки 30-40	Непластич-ные компоненты 60-70	1000	10-12	25-30	25	Лицевая керамика

Для изготовления плиток из зернистых отходов на легкоплавких связках применяли циклонную пыль с преимущественным размером зерен 0,16-0,63 мм (~92%), высококальциевый шлак, содержащий 60-65 % фракции с размером зерен более 1,25 мм и 35-40 % фракции с размером зерен менее 0,5 мм, гранитный отсев с размером фракции < 1,25 мм. В качестве связки использовали смесь монтмориллонит-каолинитовой глины и стеклобоя. Содержание стеклобоя в смеси составляло 50%. При изготовлении плиток связку, увлажненную до 8-10%, смешивали с зернистым компонентом. Плитки прессовали под давлением 25 МПа. Сушку и обжиг проводили в роликовой конвейерной печи при температуре 1100-1120°С в течение 60 мин. Плитки из композиций с содержанием шлака 50%, циклонная пыль или гранитный отсев после обжига имеют водопоглощение 0,6-3,6%, прочность при изгибе 27-31 МПа и отвечают самым жестким требованиям, предъявляемым к плиткам для полов.