Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время жилищное строительство характеризуется высокими темпами роста. Вместе с тем, отсутствие производства облицовочных материалов в Новосибирской области и значительное отставание качества стеновых материалов от потребностей строительства, а также необходимость улучшения внешнего вида строительных материалов и архитектурного облика зданий делают актуальным вопрос получения из низкосортного глинистого местного сырья на действующих предприятиях разноцветного лицевого кирпича, являющегося одновременно и стеновым материалом.
Основная научно-техническая задача диссертационного исследования заключается в использовании местного низкосортного глинистого сырья для изготовления керамического кирпича высокого качества и отработке промышленной технологии нанесения на него полимерных декоративно-защитных покрытий. Покрытия должны улучшать декоративные свойства стеновой керамики, быть стойкими и долговечными в эксплуатационных условиях. Задача является приоритетной для Уральского и Сибирского регионов, не располагающих достаточными запасами легкоплавких пластичных глин, которые необходимы для производства лицевого кирпича разнообразной цветовой гаммы.
Использование полимерных композиций для создания декоративных покрытий на лицевой поверхности керамического кирпича обусловлено высокой стойкостью полимеров к температурно-влажностным воздействиям, хорошей адгезией к минеральной основе, неограниченным количеством цветовых оттенков.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематическим планом работ НГАСУ (Сибстрин) по направлению «Разработка новых строительных материалов и ресурсосберегающих технологий их производства» в 2005 – 2012 гг. и в координации с программами развития строительной индустрии Новосибирской обл.
Объект исследования – тощие пылеватые суглинки Западной Сибири и керамические стеновые изделия дисперсного армирования на их основе с декоративным порошковым полимерным покрытием лицевых поверхностей.
Предмет исследования – влияние металлонаполнителя на структуру и свойства керамического кирпича дисперсного армирования, а также на стойкость и долговечность порошкового полимерного покрытия на лицевых поверхностях керамических изделий.
Цель диссертационной работы – разработка научных и технологических основ получения и управления структурой лицевого керамического кирпича из умеренно-пластичных суглинков Западной Сибири за счет дисперсного армирования и расширение цветовой гаммы изделий путем нанесения полимерных декоративно-защитных покрытий.
Для достижения цели были поставлены и решены задачи:
-
Исследовать вещественный состав и технологические свойства глинистого сырья (суглинки Западной Сибири).
-
Исследовать влияние добавок (бой тарного стекла, металлические опилки), улучшающих спекание суглинков, структуру и качество кирпича.
-
Оптимизировать составы и технологические параметры производства керамического кирпича дисперсного армирования.
-
Повысить физико-механические показатели керамического черепка для лицевого кирпича и расширить цветовую гамму изделий путем нанесения полимерных декоративно-защитных покрытий.
-
Оптимизировать технологию нанесения порошковых покрытий на керамический кирпич.
-
Исследовать эксплуатационные свойства керамического кирпича дисперсного армирования с порошковым полимерным покрытием.
Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что в нем разработаны теоретические положения и технологические принципы получения керамического кирпича из тощих пылеватых суглинков с металлонаполнителем и полимерным порошковым покрытием. При этом установлено следующее:
1. Для получения керамического кирпича из тощих пылеватых суглинков Новосибирской области целесообразно использовать дисперсное армирование шихты стальными опилками (длина волокна до 2,5 мм). Добавление 2,5 мас. % металлического наполнителя обеспечивает получение кирпича марки 150. При введении 5 мас. % металлонаполнителя прочность при сжатии кирпича повышается до 20,5 МПа (марка 200). Применение металлонаполнителя также способствует повышению адгезионного сцепления порошкового полимерного покрытия с поверхностью кирпича на 20-25 %, за счет более высокой адгезии полимерного покрытия к металлу, по сравнению с керамической матрицей.
2. В процессе спекания кирпича происходит физико-химическое взаимодействие между металлонаполнителем, вводимым в пылеватые суглинки в качестве структурирующей добавки, и керамической матрицей. В результате взаимодействия образуются новые ферро- и алюмосиликатные фазы, в 2-4 раза увеличивается эквивалентный модуль упругости композита, значительно повышается прочность кирпича при сжатии и изгибе.
3. Для обеспечения стойкости к воздействию атмосферы и долговечности порошковых полимерных покрытий, наносимых при получении лицевого кирпича, предпочтительно использовать эпоксидные и полифениленсульфидные полимеры. Для достижения прогнозной долговечности покрытий в 25 лет оптимальными режимами термообработки нанесенных покрытий является температура термообработки 200 оС, продолжительность термообработки 5 минут.
4. Оптимальные технологические параметры нанесения порошковых полимерных покрытий на дисперсно-армированный кирпич предусматривают: прогрев изделия 3 мин. при 300 оС, электростатическое нанесение покрытия при напряжении электрического поля – 90-100 кВ/м, закрепление покрытия в течение 5 минут при 200 оС. Прогнозная долговечность полимерного покрытия дисперсноармированного металлонаполнителем кирпича в 1,4-1,5 раза выше, чем стандартного кирпича.
Техническая новизна работы подтверждена патентом РФ на изобретение № 2307109.
Практическая значимость работы.
Разработан состав шихты для получения и лицевого керамического кирпича дисперсного армирования методом полусухого прессования из пылеватых суглинков при температурах обжига 950 – 1000 оС, прочностью при сжатии до 30,3 МПа, морозостойкостью 50 циклов.
Разработан технологический регламент нанесения порошковых полимерных покрытий на керамический кирпич. Выполнены опытно-промышленные испытания производства керамического кирпича дисперсного армирования с порошковым полимерным покрытием.
На защиту выносятся:
- положение об эффективности действия дисперсных металлических опилок в производстве керамического кирпича из глинистого сырья, с содержанием глинистой фракции менее 20 %;
- составы и технология получения лицевого керамического кирпича дисперсного армирования методом полусухого прессования из умеренно-пластичных пылеватых суглинков с прочностью до 30,3 МПа, морозостойкостью 50 циклов;
- оптимальные параметры нанесения порошковых полимерных покрытий на керамический кирпич дисперсного армирования и комплекс его физико-механических свойств;
- данные об эксплуатационной стойкости и долговечности кирпича с полимерным порошковым покрытием.
Апробация работы. Основные результаты диссертации апробированы в 2006-2012 гг. на Международных и Всероссийских научно-технических конференциях в Новосибирске, Ростове на Дону, Улан-Бааторе (Монголия), Красноярске.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 12 работах, включая 4 научные статьи в журналах из перечня ВАК. Получен патент России на изобретение № 2307109.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 178 наименований, содержит 131 страницу основного текста, 28 рисунков, 52 таблицы и 4 приложения.
