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»