2 Август 2016

 

Б.К. КАРА-САЛ, канд. техн. наук, Д.Х. САТ, инженер, Тывинский государственный университет (г. Кызыл, Республика Тыва)

В Республике Тыва из многочисленных видов керамических материалов производится только полнотелый кирпич. Расширение ассортимента выпускаемых изделий с обеспечением современных требований к архитектурной выразительности зданий является актуальной проблемой, решение которой требует поиска соответствующего сырья и разработки новых технологических приемов, улучшающих эксплуатационные свойства получаемой продукции. В частности, необходимо разработать и наладить производство облицовочных керамических материалов, имеющих плотный черепок, повышенную атмосферостойкость и долговечность.

 

В лаборатории строительных материалов Тывинского государственного университета проведена исследовательская работа, направленная на изучение возможности получения керамического облицовочного материала на основе местного сырья.

 

В качестве основного сырья принята сукпакская глина, которая находится в 20 км от г. Кызыла и имеет промышленный запас. Сукпакская глина имеет монт-мориллонитовую основу (38—44%), частично содержит иллит (18—20%). В вещественном составе еще присутствуют ортоклаз (6—8%), кварц (21—23%), железистые соединения (5—7%). Химический состав глины, представленный в табл. 1, отличается высоким содержанием щелочных, щелочно-земельных оксидов и железистых соединений. Огнеупорность данной глины в пределах 1180— 1190оС. По гранулометрическому составу сукпакская глина является среднедисперсной — содержание частиц размером менее 5 мкм 37—40%. Число пластичности 17.

 

Для создания основного каркаса черепка и интенсификации спекания массы в состав шихты вводили мелкую фракцию отхода камнедробления и стеклобой. Отходы камнедробления для дорожного покрытия получены в результате измельчения гранита, отличающегося высоким содержанием полевых шпатов (30—35%). Химический состав стеклобоя и отходов камнедробления приведен в табл. 1.

 

Таблица 1

Наименование

Массовая доля компонентов, %

SiO2

Al2O3

TiO2

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

SO2

ППП

Сукпакская глина

58,05

15,64

0,81

6,22

6,09

0,42

1,8

1,61

0,18

9,18

Отходы камнедробления

69,28

12,13

0,79

5,62

1,44

2,7

3,15

4,21

0,04

0,64

Стеклобой

71,32

2,29

0,21

0,2

8,55

3,84

0,56

12,42

0,61

 

При выполнении работы добавки измельчали в шаровой мельнице до тонкости помола с остатком на сите № 0063 не более 1%. В табл. 2 приведен шихтовый состав полученных масс.

 

Таблица 2

Наименование компонентов

Массовая доля компонентов (%) и код массы

М-1

М-2

М-3

Сукпакская глина

80

70

60

Отходы камнедробления

10

20

25

Стеклобой

10

10

15

 

Опытные образцы-цилиндры диаметром и высотой 35 мм изготавливали пластическим способом и после сушки обжигали в лабораторной электропечи с изотермической выдержкой 1,5 ч при различной температуре. Результаты физико-механических испытаний образцов представлены в табл. 3.

 

Физико-механические свойства образцов

Таблица 3

Массы

Температура обжига, 0С

Средняя плотность, г/см3

Огневая усадка, %

Водопоглощение, %

Предел прочности при сжатии, МПа

М-1

1000

1,89

1,9

12,7

42,3

1050

1,91

2,5

10,4

51,4

1100

1,95

3,4

8,2

58,8

М-2

1000

1,91

2,1

10,1

48,3

1050

1,93

2,9

6,2

57,9

1100

1,98

5,1

4,7

64,7

М-3

1000

1,92

2,7

9,8

52,7

1050

1,95

4,6

5,3

63,1

1100

образцы деформировались

 

Анализ данных табл. 3 показывает, что на основе массы М-1 после обжига в указанном интервале температуры практически не получается керамический черепок с водопоглощением менее 8%, удовлетворяющий требования ГОСТа на лицевой кирпич.

 

Увеличение доли полевошпатных отходов камнедробления до 20% в составе шихты М-2 положительно влияет на спекание керамической массы. Результаты дилатометрического исследования показывают, что усадка образцов на основе шихты М-2 начинается на 50оС ниже и общая величина усадки значительно больше, чем у образцов из шихты М-1. Это свидетельствует о более раннем образовании и значительном накоплении стеклофазы. В результате после обжига при температуре 1050оС получены образцы с водопоглощением 6,9%, что соответствует требованиям ГОСТа. При дальнейшем повышении температуры до 1100оС происходит значительное уплотнение черепка, что вызывает увеличение объемной усадки до 5%.

 

Дальнейшее увеличение доли отходов и стеклобоя в массе М-3 хотя и благоприятно сказывается на спекании и кристаллизационных процессах, в то же время снижает интервал спекания, вызывает деформации образцов при 1100оС. Кроме того, возникают технологические трудности при формовании из-за снижения пластичности массы.

 

Исследование образцов из массы М-2, обожженных при 1050оС, рентгенофазовым и микроскопическим методами показало, что кристаллические составляющие представлены частично разложившимися остатками глинистых минералов, кварцем, ортоклазом и вновь образующимися фазами — гематитом (d/n 0,264; 0,251; 0,184 нм), железистым шпинелем (d/n 0,469; 0,245; 0,202 нм) и кристаболитом (d/n 0,404; 0,247; 0,202 нм). Присутствующие в черепке кристаллические фазы достаточно прочно связаны стеклофазой, что обеспечивает высокую прочность и низкое водопоглощение образцов.

 

Для проверки результатов исследования проведены опытные испытания массы М-2 на Кызылском кирпичном заводе. Пластическим способом изготовлены опытные кирпичи с круглыми пустотами, часть из которых после сушки обожжена в кольцевой печи, а часть — в электропечи объемом 3 м3. Установлено, что в заводской кольцевой печи, где топливом служит каменный уголь и перепад температуры по высоте канала достигает 60°С, после обжига при 1060—10800С кирпичи, расположенные на верхних слоях садки, имели водопоглощение 7—8% и предел прочности при сжатии 14,6—15,7 МПа. Кирпичи, обожженные в опытной электропечи при 1050°С, имели водопоглощение 6—7%, прочность 15,4—17,8 МПа и ровный красно-коричневый цвет.

 

Полученные результаты свидетельствуют о возможности получения облицовочного керамического кирпича на основе местной сукпакской глины и отходов промышленности без существенного изменения технологии.

 

Статья взята из журнала «Строительные материалы»