Введение к работе
Актуальность работы. Повышение требований к комфортабельности и архитектурной выразительности жилья определяет рост производства и качества отделочных материалов. К 2010 году выпуск отделочных материалов возрастет в два раза, в том числе керамических облицовочных плиток на 70 %. В связи с этим, совершенствование технологии отделочных керамических материалов с использованием современных научно-технических достижений приобретает актуальное значение.
В современных условиях большое практическое значение приобретают способы управления процессами формирования качественной структуры изделий, в первую очередь на стадиях массоподготовки и формования. Управление этими процессами осуществляется за счет регулирования химического, минералогического и гранулометрического составов формовочных смесей и ее влажностного состояния, введения химических добавок, применения механических, тепловых и электромагнитных воздействий. Применение химических добавок в технологии керамических изделий получило широкое применение, поскольку является наиболее простым и доступным способом регулирования свойств формовочной смеси и готовых изделий.
В связи с этим углубленное изучение формирования структуры и свойств сырца на этапах подготовки шихты и формования керамических изделий с использованием химических добавок является актуальным.
Цель работы - совершенствование технологии и улучшение свойств керамических облицовочных изделий на основе каолинсодержащёго сырья модифицированием структуры сырца ионогенными поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Задачи исследований:
-
изучить механизм действия химических добавок в глинистых дисперсных системах;
-
обосновать выбор эффективного вида и массовой доли химических добавок для улучшения формовочных свойств шихт и обеспечения требуемого качества ке-
4 рамнческих изделий;
3) установить закономерности формирования структуры сырца керамических
облицовочных изделий на стадиях массоподготовки и формования с учетом ис
пользования ионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ);
4) разработать предложения по применению ионогенных ПАВ, обеспечи
вающих стабильное качество готовой продукции при снижении энергетических
затрат на ее получение.
Объект исследований - глинистые дисперсные системы, предназначенные для получения керамических облицовочных изделий модифицированные ионо-генными ПАВ.
Теоретической и методологической основой исследований являются разработки отечественных и зарубежных ученых в области материаловедения, физической и коллоидной химии, инженерной геологии, технологии керамики, относящиеся к глинистым дисперсным материалам.
При проведении исследований использовались физико-химические методы оценки характеристик структуры: рентгенографический, калориметрический, электронно-микроскопический; методы активного планирования экспериментов, регрессионный метод анализа и статистической обработки экспериментальных данных с применением ЭВМ.
Диссертационные исследования и разработки выполнены автором в 1995-2006 гг. на базе лабораторий кафедр строительного материаловедения и химии, Проблемной научно-исследовательской лаборатории Воронежского государственного архитектурно-строительного университета, ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод» (ВКЗ) и кирпичного завода ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество» (ВАСО) по темам госбюджетных НИР: «Исследование закономерностей структурного материаловедения и разработка экологически чистых, ресурсоэкономичных строительных материалов и технологий их производства, в том числе на основе техногенного сырья» единый заказ наряд Минобразования РФ (1996 —2000 г.г.), «Разработка и развитие теории синтеза структур строительных композитов» тематический план Минобрнауки РФ (2001 — 2005 г.г.) и в рамках научно-технической программы Минобрнауки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме НИР: «Управление процессами формирования структуры многокомпонентных керамических материалов с использованием химических добавок» (2005 г.). Прикладные диссертационные исследования выполня-
5 лись в составе рада хоздоговорных работ с промышленными предприятиями. Научная новизна работы;
изучено влияние ионогенных ПАВ на процессы формирования структуры гли-носодержащих дисперсных материалов с учетом их минералогического состава;
предложена модель формирования структуры каолиновой дисперсии при прессовании с использованием ионогенных поверхностно-активных добавок;
подтверждено влияние ионогенных добавок ПАВ на адсорбционные свойства глин, процессы формирования микроструктуры сырца и научно-обосновано их применение при производстве керамической плитки полусухим способом прессования и облицовочного кирпича пластического формования с учетом минералогического состава шихты;
показано, что применение ионогенных поверхностно-активных добавок в составах каолинсодержащих шихт позволяет улучшить их формовочные свойства и стабилизировать физико-механические показатели качества получаемых керамических материалов.
Достоверность полученных результатов обеспечена применением в исследованиях научно обоснованных методик, комплексных оценок состава, структуры и свойств керамических материалов; методов планирования экспериментов и вероятностно-статистических методов обработки полученных результатов; использованием аттестованного лабораторного оборудования; использованием комплекса современных физико-химических методов анализа (химического, калориметрического, рентгенографического и электронно-микроскопического).
Практическое значение работы:
- разработаны шихтовые составы на основе каолино-гидрослюдистых глин с
ионогенной добавкой для производства керамических облицовочных изделий, что
подтверждено патентом № 2270819 РФ МПК С04В 33/00 "Керамическая шихта
для изготовления строительных изделий".
- оптимизированы составы шихт на основе каолина с ионогенными поверхностно-активными добавками для производства керамического облицовочного кирпича и разработаны рекомендации по режиму скоростного обжига керамических изделий;
- применение ионогенных добавок ПАВ в составе каолинсодержащих шихт для производства керамических облицовочных изделий обеспечит повышение прочности изделий, улучшение качества поверхности, экономию энергозатрат на этапах формования и обжига изделий.
Внедрение результатов работы. По результатам работы разработаны предложения к технологическим регламентам на изготовление керамической плитки полусухого прессования и керамического кирпича пластического формования из полиминеральной шихты с ионогенной поверхностно-активной добавкой.
На основании технологических предложений выпущена опытно-промышленная партия облицовочного керамического кирпича объемом 100 000 шт. в условиях кирпичного завода ОАО «Воронежское акционерное самолетостроительное общество», а также опытно-промышленная партия облицовочной плитки 50 000 м2 в условиях ЗАО ПКФ «Воронежский керамический завод».
Результаты исследований используются в учебном процессе Воронежского государственного архитектурно-строительного университета при изучении студентами специальности 270106 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» дисциплин; «Химия силикатов и тугоплавких соединений», «Технология строительной керамики», «Технология изоляционных строительных материалов и изделий» и при выполнении УИРС по курсу «Основы научных исследований и технического творчества».
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на конференциях международного, республиканского и других уровней: «Промышленность стройматериалов и стройиндустрия, энерго- и ресурсосбережение в условиях рыночных отношений» (Белгород 1997 г.), «Передовые технологии в промышленности и строительстве на пороге XXI века» (Белгород 1998 г.), «Современные проблемы строительного материаловедения» (Пенза 1998 г.), на V- тых, VI- тых, VII-мых Академических Чтениях РААСН «Современные проблемы строительного материаловедения» (Воронеж 1999 г., Белгород 2000 г., Иваново 2001 г.), «Композиционные строительные материалы. Теория и практика» (Пенза 2000 г.), «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (Тула 2001 г., 2002 г., 2003 г., 2004 г.), «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндустрии» (Белгород 2005 г.), на 52-60 научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Воронежского государственного архитектурно-
7 строительного университета (1996-2006 гг.). На защиту выносятся:
научное обоснование выбора вида ионогенных поверхностно-активных добавок и их массовой доли в зависимости от минералогического состава глинистых сырьевых материалов;
модель формирования структуры сырца на основе каолинсодержащей шихты с ионогенными добавками ПАВ;
- результаты исследований влияния вида ионогенных добавок ПАВ на процес
сы формирования структуры сырца каолинсодержаших шихт и их связь с физико-
механическими свойствами обожженных изделий;
- практические рекомендации по оптимизации каолинсодержащих шихтовых
составов с ионогенными добавоками ПАВ для производства прессованной кера
мической плитки и керамического кирпича пластического формования.
Публикации. По теме диссертации получен патент № 2270819 «Керамическая шихта для изготовления строительных изделий» и опубликовано 20 печатных работ, в том числе одна в центральном издании.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов, 4 приложений и содержит 145 страниц машинописного текста, включая 28 рисунков, 40 таблиц, список литературы из 101 наименований.
Автор выражает благодарность канд. хим. наук, доценту Валерии Валентиновне Шаталовой за консультации по теоретическим вопросам и помощь в подготовке экспериментальной части диссертационной работы.
