Введение к работе
Актуальность. Как бы ни развивалось производство современных энергосберегающих стеновых материалов, традиционный древнейший керамический кирпич еще долгие годы сохранит свои позиции по широте применения из-за своей долговечности, декоративности, архитектурно-строительной выразительности, распространенности недефицитного регионального сырья.
Подотрасль керамического кирпича располагает огромными мощностями, которые используются не более чем наполовину. Однако качественные показатели выпускаемой продукции, как правило, не соответствуют современным требованиям строительства. Многие заводы, производящие дорогой кирпич недостаточно высокого качества, оказались в трудном экономическом положении. Поэтому вопрос улучшения качества продукции и снижения издержек производства приобретает особую актуальность.
Совершенствование производства кирпича по традиционной технологии пластического формования сырца из масс нормальной формовочной влажности (18-20 %) не позволяет в большинстве случаев выпускать конкурентоспособную продукцию с широким спектром свойств.
Одним из методов решения проблемы является переход на метод формования сырца из масс жесткой консистенции (14-16 %). При формовании сырца внутренние силы в максимальной степени будут способствовать процессу структурообразования, создавая тем самым предпосылки для получения кирпича с повышенными потребительскими свойствами.
С другой стороны, формование сырца с пластической прочностью, позволяющей организовать бесполочную сушку и обжиг его в штабеле, дает возможность значительно упростить технологическую схему производства и снизить трудозатраты.
В связи с этим разработка технологии керамического кирпича из масс пониженной влажности является актуальной задачей современного материаловедения, способствующей снижению затрат на производство товарной продукции и улучшению финансового состояния кирпичных заводов.
Цель .и задачи работы. Целью диссертации является разработка технологии керамического кирпича различного функционального назначения из масс жесткой консистенции на основе широко распространенного легкоплавкого глинистого сырья. В соответствии с этой целью и для ее реализации были определены следующие задачи:
теоретическое обоснование получения высокопрочного, морозостойкого, кислотостойкого кирпича, в том числе с низкой степенью истираемости, из масс жесткой консистенции путем регулирования его структуры;
исследование основных технологических факторов, влияющих на процессы структурообразования и физико-механические свойства изделий, получаемых из керамических масс жесткой консистенции;
разработка технологических параметров производства керамического кирпича;
разработка рациональной отопительно-вешиляционной системы тепловых агрегатов, в максимальной степени соответствующей штабельной сушке кирпича;
определение эксплуатационных свойств керамического кирпича, получаемого из масс жесткой консистенции;
внедрение разработанной технологии в производство и оценка ее экономической эффективности.
Научная новизна. Разработаны теоретические положения о формировании структуры керамического кирпича экструзионного формования из масс жесткой консистенции с повышенными эксплуатационными свойствами, заключающиеся в максимальном объемном заполнении системы твердой фазой на стадии формования и минимальных изменениях этой системы на стадии образования конечной структуры, что обеспечивает интенсификацию образования жидкой фазы при обжиге и образование равномерной микроструктуры с минимальным количеством пор.
Установлено, что сырец из масс жесткой консистенции имеет пониженную пористость и повышенную плотность за счет уменьшения доли уплощенных пор (микротрещин), интенсифицирующих проявление молекулярных и электростатических сил притяжения между глинистыми частицами, вследствие чего физико-механические свойства свежесформованного и высушенного сырца существенно улучшаются.
Показано, что при обжиге сырца с пониженной пористостью происходит ускорение процесса спекания благодаря увеличению доли межчастичных контактов и уменьшению средней величины пор, интенсификации образования жидкой и упрочняющих фаз.
Механизм ускорения процесса уплотнения материала при спекании заключается в возрастании кривизны поверхности, ограничивающей более мелкие поры, повышении отрицательного капиллярного давления.
Практическое значение работы. Разработана эффективная технология керамического кирпича из масс жесткой консистенции, позволяющая получать изделия с высоким уровнем свойств: прочность - 25-30 МПа, морозостойкость - 100 циклов, потеря прочности после 100 циклов замораживания и оттаивания - 3.5 %, истираемость - 0,21 г/см2, кислотостойкость - 96,4 %.
На основе установленных особенностей формирования структуры керамического кирпича рекомендованы области его применения - для строительства дымовых труб, фундаментов, цокольных этажей многоэтажных зданий, как кислотоупорный и клинкерный кирпич, лицевой материал для строительства жилых и общественных зданий.
Разработана новая отопительно-вентиляционная система туннельной печи, позволяющая снизить удельный расход тепла на 5-7 %.
Внедрение. Разработанная технология внедрена в ОАО «Ленстройкерамика» и ОАО «Бутовский комбинат», по которой в 2003 г. произведено соответственно 24,5 и 31,3 млн. шт. кирпича, за первые шесть месяцев 2004 г. выпущено соответственно 13,0 и 17,2 млн. шт. кирпича.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на общероссийском научно-практическом семинаре «Состояние и перспективы развития керамических стеновых изделий», г. Москва, 2003 г.; на научно-практической конференции по качеству строительства в Военном инженерно-техническом университете «Через качество - к бизнесу», г. Санкт-Петербург, 2003 г.; на 2-й научно-практической конференции «Развитие керамической промышленности России. Реконструкция действующих керамических производств», г. Москва, 2004 г.; на Ученом Совете ОАО «ВНИИСТРОМим. П.П. Будникова», п. Красково, 2003,2004 г.г.
На защиту выносятся:
теоретические положения о получении керамического кирпича с улучшенными показателями свойств путем регулирования его структуры на стадии изготовления сырца;
зависимость структуры и свойств керамического кирпича на основе глин различного минералогического состава от способа формования сырца;
технология керамического кирпича из масс жесткой консистенции;
результаты промышленного внедрения;
практические рекомендации и внедрённые решения по модернизации тепловых агрегатов, обеспечивающие оптимальные параметры штабельной сушки и обжига сырца.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы из 105 наименований и 3 приложений. Общий объем работы 103 страницы машинописного текста, 27 рисунков, 19 таблиц.
