Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы и задачи исследования производства поризованных изделий строительной керамики 9
1.1. Основы получения поризованных материалов с применением минеральных вяжущих веществ 9
1.2. Поризованные материалы на керамической связке 11
1.2.1. Способы создания пористых структур обжиговых строительных материалов 11
1.2.2. Газокерамические изделия 14
1.2.3. Пенокерамические изделия 17
1.2.4. Термопоризованные керамические изделия 19
1.3. Методологические основы исследований 27
1.4. Анализ проблемы, формулирование цели и постановка задач исследований 30
ГЛАВА 2. Оценка свойств сырьевых материалов для производства керамических изделий высокопористой структуры 33
2.1. Изучение и оценка свойств исходных материалов 33
2.1.1 .Объект исследований 33
2.1.2. Глинистые породы 34
2.1.3. Добавочные материалы 43
Выводы по второй главе 49
ГЛАВА 3. Изучение и регулирование свойств глиняных шликеров при получении поризованной керамики 50
3.1. Коллоидно-химическое регулирование свойств глинистых пород 50
3.2. Общие положения по теории тиксотропного упрочнения керамических шликеров 53
3.2.1. Влияние показателя рН глиняных шликеров на кинетику их вспучивания 59
3.2.2.Изучение влияния водоглиняного отношения и температуры шликера на процесс поризации 61
3.2.3. Влияние минеральных корректирующих добавок на свойства шликеров 63
3.2.4. Кинетика влагоотдачи при сушке газокерамических об разцов 66
3.3. Подбор состава смеси для получения изделий поризованной керамики
3.4. Изучение структуры обожженных поризованных керамических образцов 75
3.4.1. Пористость 75
3.4.2. Минералогический состав 77
Выводы по третьей главе 82
ГЛАВА 4. Технологические рекомендации по производству изделий поризованной керамики строительного назначения 83
4.1. Результаты опытно-промышленных испытаний 83
4.2. Технологический регламент на производство строительных изделий из поризованной керамики 85
4.3.Технико-экономические показатели производства поризованной керамики 88
Основные выводы 92
Список литературы 94
Приложения: 105
- Способы создания пористых структур обжиговых строительных материалов
- Общие положения по теории тиксотропного упрочнения керамических шликеров
- Кинетика влагоотдачи при сушке газокерамических об разцов
- Технологический регламент на производство строительных изделий из поризованной керамики
Введение к работе
Керамическая кирпичная стена отвечает высоким требованиям комфортности и долговечности, аккумулирует тепло, благоприятно воздействуя на климат жилища. Если комфортность деревянной постройки принять за единицу, то комфортность помещений из керамических материалов соответствует коэффициенту 0,7, из ячеистого бетона 0,2, из силикатного кирпича - 0,1, из железобетона - 0,05 [1].
В странах Западной Европы керамические строительные материалы (стены, перегородки, перекрытия и др.) представлены более чем 100 видами наименований [2,3].
Объем выпуска керамических камней и кирпича в России составляет более 50% в общем балансе стеновых материалов, что объясняется их хорошими эксплуатационными свойствами и распространенностью сырья для производства. Однако выпуск изделий эффективной стеновой керамики составляет около 15% от общего выпуска изделий этой группы. В Латвии, Литве, Киргизии, Болгарии, Бельгии, Франции, Италии этот показатель составляет 34...90%.
Производство эффективных пустотелых керамических стеновых изделий, по сравнению с производством полнотелого кирпича позволяет снизить расход сырья на 25—30%, расхода топлива на 10% и более. Применение эффективных керамических изделий в строительстве, благодаря их пониженной теплопроводности, позволяет снизить толщину наружных стен зданий на 25-30%[4].
Повысить теплозащитную эффективность, долговечность, пожарную и экологическую безопасность стен зданий реально возможно за счет совместного использования в ее структуре пористых материалов на минеральной основе (газостекло, газобетон и др.), в т.ч. пустотелых и высокопористых штучных керамических изделий
Применение в стене отапливаемых зданий теплоизоляционных и несущих элементов близких по эксплуатационным характеристикам позволит обеспечить высокую долговечность стеновой конструкции в целом [5,6].
Актуальность. Расширение номенклатуры и увеличение производства теплоизоляционных и конструктивно-теплоизоляционных изделий на основе минерального сырья является актуальной задачей, особенно для Сибирского региона, испыты-
вающего дефицит в таких материалах, как ячеистые бетоны, газостекло, пено- и газокерамика и др., относящихся к группе эффективных, долговечных, экологически безвредных и пожаробезопасных строительных утеплителей.
Потребность строительного комплекса в таких материалах можно частично обеспечить за счет разработки состава и технологии производства штучных изделий из поризованной строительной керамики. Основанием такому заключению служит факт наличия в достаточных объемах и региональной распространенностью, технической и экономической доступности глинистого сырья в Российской Федерации.
Создание высокопористой структуры керамического материала возможно как на стадии приготовления массы и формования изделий с последующим закреплением структуры обжигом, так и в процессе высокотемпературной поризации глинистой шихты или за счет довспучивания гранул керамического полуфабриката при обжиге (материал "Siporton", "Zytan" и др.). Высокотемпературный способ поризации керамических масс является более топливо — и энергоемким, технологически трудным по сравнению со способом поризации глиняного шликера, который требует научно-технологического обоснования с учетом специфики минерального типа применяемого глинистого сырья.
Диссертационная работа выполнялась в объеме гранта Министерства образования Российской Федерации по фундаментальным исследованиям в области технических и строительных наук, шифр Т02-12.2-361 (2003-2004 гг.) «Разработка теоретических и технологических принципов производства изделий высокопористой строительной керамики», а также по плану НИР НГАСУ на 2002-2003 гт, раздел №7.1.2. «Регулирование свойств формовочных шликеров для получения высокопористой керамики» и раздел №6.2.1. «Технология высокопористой керамики» (Приложение 1) и по заказу ООО «Баскей» (Приложение 2).
Научная новизна работы заключается в установлении принципов и закономерностей формирования структуры газокерамических изделий на основе глинистых пород различного минерального состава, в том числе с применением высокодисперсных добавок, обеспечивающих формирование структурной прочности по-
ризованных масс и конечной механической прочности керамических изделий. При этом установлено следующее:
скорость тиксотропного упрочнения формовочных шликеров на основе глин выше, чем на основе суглинков на 30-35%;
введение тонко дисперсных минеральных добавок в количестве 12-15% в глинистый шликер препятствует расслоению и осадке газопоризованной глиняной массы, а также ускоряет процесс набора ее структурной прочности на 20-25%, что позволяет сократить время выдержки изделий перед сушкой. Особенно положительное влияние на формирование пористой структуры на стадиях получения оказывает введение микропористого высокодисперсного цеолита;
установлены особенности параметров получения поризованных масс в зависимости от минерального состава глинистого сырья. Оптимальным для вспучивания шликера служит водоглиняное отношение (В/Г) равное для каолинит-гидрослюдистых суглинков 0,8-0,9, каолинитовых глин - 1,2, мон-тмориллонитовых глин - 1,3- 1,5. Коэффициент вспучивания шликеров на их основе соответственно составляет 1,8; 2,3; 2,6;
разработана методика оценки структурной прочности глинистых шликеров и газомасс, позволяющая определять оптимальные реологические свойства смесей для производства газокерамики.
определены составы газокерамической смеси и технологические параметры, позволяющие получать изделия на основе глинистых пород различного ми-нерального состава со средней плотностью 450-700 кг/м и прочностью 1,5-2,5 МПа;
Практическое значение и реализация работы. Разработанные составы рекомендуются к практическому использованию на предприятиях по производству керамических строительных изделий. Технологические параметры и составы газокерамики апробированы в структурном подразделении «Барышевский кирпичный завод» строительно-монтажного треста №12 (Новосибирск). Разработан технологический регламент на производство изделий из поризованнои керамики и технический
проект линии по производству газокерамических изделий. Построены математические модели, устанавливающие влияние состава и технологических факторов на свойства газокерамических изделий.
Методология работы основана на теоретических положениях в технологии стеновой и высокопористой керамики, пеноматериалов из цеолитсодержащего сырья, пористых обжиговых заполнителей, а также методах изучения глинистого сырья и керамических шликеров, разработанных А.И. Августиником, Н.Н. Круглиц-ким, В.Ф. Павловым, В.И. Верещагиным, СП. Онацкого, И.И. Морозом, М.И. Роговым, Г.И. Книгиной, Э.А. Кучеровой, Г.И. Стороженко, В.Ф. Завадским, Л.Н. Тац-ки, Г.И. Овчаренко, Л.К. Казанцевой, Ю.Е. Ливийским, В.П. Симоновой, W.E. Wor-rall, F.More, D.Shaw и другими учеными.
Публикации. Результаты исследований опубликованы в 10 научных статьях, в том числе в журналах с внешним рецензированием («Строительные материалы», «Известия вузов. Строительство»). Подана заявка на патент РФ. Отдельные результаты исследований включены в 4-й раздел «Основы производства высокопористой керамики» учебного пособия «Керамические стеновые материалы» в соавторстве с В.Ф. Завадским, Э.А. Кучеровой // НГАСУ.- Новосибирск, 2002.-С. 70-79.
Апробация работы. Сделаны доклады и сообщения на научно-технических конференциях в НГАСУ (г. Новосибирск 2002-2004 г.), международной научно-технической конференции в ТГАСУ (г. Томск 2002г.), региональных научно-технических конференциях в СибАДИ (г. Омск, 2001 г.), КрасГАСА (Красноярск, 2002 г.), (Бийск, 2002 г.), Новокузнецк (2003 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 115 наименований, в том числе иностранной, и содержит 110 страниц текста, 30 рисунков и 27 таблиц и 9 приложений.
Автор защищает:
- рецептурно-технологические параметры получения высокопористой керамики на основе глинистых пород различного минерального состава;
положения о влиянии вида минеральных тонкодисперсных добавок на
структурную прочность глиняной газомассы и свойства газокерамических
образцов;
математические зависимости основных свойств газокерамики от состава и
параметров приготовления газосмеси.
технологию производства изделий из поризованнои строительной керамики
и ее эффективность.
Способы создания пористых структур обжиговых строительных материалов
Механический способ поризации включает в себя процесс автономного приготовления кремнеземвяжущей растворной смеси и технической пены с их последующим совместным перемешиванием. Приготовление пеномассы возможно в пеноге-нераторах при избыточном давлении с помощью воздуха и при атмосферном давлении в скоростных смесителях. Таким образом получают пенобетоны на различных видах минеральных вяжущих веществ.
Механо-химический способ можно отнести к разряду новых, при котором формовочная смесь на первом этапе поризуется за счет введения в нее пены, а затем в поризованную массу вводится газообразователь, который дополнительно ее пори-зуют, обеспечивая получение ячеистой структуры и снижение величины средней пеногазобетона [8].
Физический способ разработан в последние годы и основан на принципе разряжения в системе "раствор-газ", за счет чего мелкие газовые пузырьки объединяются в более крупные, расширяются и поризуют (вспучивают) смесь.
Этот способ требует применения быстросхватывающихся и быстротвердеющих вяжущих, таких, как быстротвердеющий гипс, смесь глиноземистого цемента и гипсового вяжущего, жидкое стекло с отвердителем, ВНВ и др.
Способы производства изделий отличаются принципом формования или создания структуры материала, а в каждом из способов возможно несколько вариантов технологических решений, отличающихся набором и последовательностью размещения оборудования, его типами и др.
Основы теории и технологии производства ячеистых бетонов были разработаны В.А. Китайцевым (1970 г.), К.Э. Горяйновым (1972 — 82 гг.) и в дальнейшем развиты Ю.М. Баженовым, Ю.П. Горловым, А.П. Меркиным, К.В. Гладких и другими [9-12].
На современном этапе развития технологии ячеистых бетонов заслуживают внимания работы Х.С. Воробьева, А.А. Ахундова, И.Б. Удачкша, У.Х. Магдеева, Ю.П. Трифонова, ВТ. Сухова, Е.В. Силаенкова, Г.Я. Ахманицкого и других.
Исследованиями автора диссертации установлено, что теорию и технологию га-зо- и пенобетонов полностью распространить на технологию получения пено- и газокерамических изделий не представляется возможным по следующим основным причинам: - во-первых, водоглиняные системы не обладают вяжущими свойствами и имеют нейтральный характер среды; - во-вторых, оптимальная для поризации текучесть глиняных шликеров достигается при большем водозатворении и значительно колеблется в зависимости от минерального состава применяемых глинистых пород; - в-третьих, в процессе структурообразования пористого полуфабриката требуется высокая скорость набора структурной прочности, начиная от процесса газовыделения до стадии фиксации структуры; - в-четвертых, значительная усадка образцов (до 12-15 %) при термообработке, что затрудняет получение изделий заданных геометрических размеров. С учетом отмеченных особенностей необходимо проведение специальных научно-экспериментальных исследований, направленных на разработку рецептурно-технологических параметров получения газокерамических изделий с высокими эксплуатационными свойствами. Рецептурно-технологические параметры производства высокопористых силикатных материалов, в том числе керамических, представлены в работах А.С. Берк-мана, В.А. Китайцева, И.И. Мороза, Ю.П. Горлова, В.И. Верещагина, Казанцевой Л.К., Г.С. Бурлакова, И.А. Альперовича, М.Г. Чентемирова, М.И. Тамова, Б.С. Черепанова, В.М. Комова и др., конкретные результаты исследования которых комментируются при изложении текста диссертации 1.2.1. Способы создания пористых структур строительных материалов На рис. 1.1 систематизированы технологические способы создания высокопористых структур в процессе изготовления штучных обжиговых изделий и кратко описывается механизм порообразования при некоторых распространенных способах. Способ газообразования и вспучивания формовочной массы основан на процессе газообразования за счет химических реакций между исходными компонентами при совмещении реакции газовыделения с требуемой пластической вязкостью глиняного шликера и последующим закреплением структуры путем обжига. Способ пенообразования основан на введении в глиняный шликер специально приготовленной технической устойчивой пеной, совместным их перемешиванием и последующим высокотемпературным обжигом изделий, заформованных из поризо-ванных масс. Способ аэрирования основан на процессе вовлечения пузырьков воздуха в глиняный шликер в процессе его турбулентного приготовления при использовании воз-духововлекающих добавок, в качестве которых используются поверхностно-активные вещества. Способ омоноличивания заключается в контактном соединении пористых обжиговых гранул за счет их довспучивания (контактное омоноличивание) или соединении гранул с полным заполнением пустот между ними керамическим связующим компонентом и обжигом (объемное омоноличивание). Этим способом получают изделия из легких бетонов на пористых обжиговых заполнителях слитной или крупнопористой структуры на обжиговой связке, разработанных проф. Г.С. Бурлаковым. Способы выжигания органических добавок характерен при получении керамических легковесов, изделий стеновой керамики и материалов из ячеистого стекла. При высоком водозатворении возможно приготовление отливок для получения пенодиатомитовых керамических изделий. В монографии [13] выполнена общая классификация пористой керамики по следующим основным признакам: по виду основного сырья и фазовому составу; методу порообразования; строению; внешнему виду; пористости и плотности; огнеупорности; назначению; месту расположения в кладке стены
Общие положения по теории тиксотропного упрочнения керамических шликеров
Одним из эффективных способов регулирования структурно-механических свойств минеральных дисперсий считается их химическая активация, заключающаяся в том, что в дисперсную систему вводят кислоты, щелочи, поверхностно-активные вещества или водорастворимые полимеры. Результатом химической обработки глинистых дисперсий являются процессы самопроизвольного диспергирования частиц дисперсной фазы [75], разрыхление стенок ячеек образцов глин, когда их четко очерченные формы сменяются размытыми очертаниями [76], изменение обменной емкости [77] и другие [78,79].
Коллоидно-химическое регулирование физико-химических свойств дисперсных систем осуществляется за счет изменения молекулярной природы глинистых частиц или свойств водных пленок на их поверхности [80]. Следует выделить важную роль, которую играют граничные слои жидкости (ГС) в процессах структурообразования дисперсных систем. Ориентация молекул воды в граничном слое, повышение вязкости, упругости, появление сопротивления сдвигу, - все это существенным образом влияет на взаимодействие частиц в процессе формования сырцовых изделий. Толщину ГС можно менять введением различных химических добавок. Б.В. Дерягин определи, что в зависимости от рН среды толщина граничного слоя воды на частицах кварца может меняться от 6 до 16 нм [81].
Основная информация о характере действия кислых и щелочных сред на дисперсные системы изложена в работах, посвященных каолину [78,79,82-84]. Поскольку каолин обычно плохо диспергируется, то было высказано предположение, что высокой степени его дисперсности можно достичь в результате механохимиче-ской обработки в растворах различных диспергентов [83]. Естественно, что особое значение при этом имеют природа применяемого пептизатора, заряд частиц дисперсной фазы и рН среды.
Структура поверхности боковых граней кристаллов каолинита существенно отличается от структуры базальных плоскостей, следовательно, распределение заряда на поверхности минерала крайне неравномерно. При всех значениях РН выше изо-электрической точки частицы каолинита несут в целом отрицательный заряд. Это обусловлено [84] в основном наличием разорванных связей на боковых гранях кристаллов. В то же время поверхности боковых граней каолинитовых частиц, где связи =Si-0-Si= и =А1-0-А1= нарушены, способна к взаимодействию с потенциалопреде-ляющими ионами Н и ОН", вследствие чего поверхностный потенциал ребер является функцией рН среды [83]. Так, что при смещении рН в кислую среду увеличивается плотность положительного заряда на боковых гранях каолинита. При рН 7 ребра частиц приобретают отрицательный заряд благодаря диссоциации кислых =Si-ОН групп. В этом состоянии возникновение каких-либо коагуляционных контактов между частицами невозможно. Система предельно диспергирована и дефлокулиро-вана, а ее предел текучести имеет минимальное значение. Эта область рН является наиболее благоприятной для каолинита [83]. Вследствие анизометрии и двойственности электрической природы частиц в дисперсиях каолинита возможны различные типы коагуляционных контактов: «ребро-плоскость», «ребро-ребро», «плоскость-плоскость». Причем, с изменением рН среды наблюдается переход от одного типа контакта к другому. Многие авторы причину изменения технологических свойств глинистого сырья при химической активации видят именно в изменяющейся электрической топографии глинистых частиц [77,83-85].
Р.И. Злачевская объясняет причину изменения свойств дисперсных структур при взаимодействии со щелочными растворами деструктивными процессами [86]. Она считает, что с увеличением концентрации раствора щелочи имеет место химическое разрушение кристаллической решетки глинистых минералов, появление в растворе ионов Si02+, А13+, Са2+ и образование на поверхности частиц новой фазы (гидроалюмосиликатов Na, гидросиликатов Са и Na, Са(ОН)2 и др.) - вещества, весьма слабо растворимых в воде. Наряду с этим происходит агрегация глинистых и пылеватых частиц, снижается пластичность и повышается прочность структуры.
Противоречия двух, казалось бы, разных точек зрения на природу структурооб-разования глинистых систем в кислых и щелочных средах легко разрешимы, если принять за основу следующее. Во-первых, разрушение кристаллической решетки глинистых минералов при химической активации, а также связанное с ним разрушение части обменных центров имеет место быть. Следствием химического разрушения является изменение обменной емкости глин на величину, которая определяется их минеральным составом. Во-вторых, разрушение первичных агрегатов и их гид-ратных оболочек способствует образованию более компактной системы в результате переориентации частиц — зародышей коагуляционной структуры и возникновению дальнодействующих связей между ними.
На основании этой теории легко объяснить механизм действия химических диспергентов. Однако переносить выводы, полученные для разбавленных суспензий на высококонцентрированные дисперсии не совсем корректно, так как последние обладают особыми свойствами [87].
Основы теории адсорбции поверхностно-активных веществ на глинистых минералах были разработаны в 70-е годы, однако единого согласованного представления, которое удовлетворительно объясняло бы процессы адсорбции для различных комбинаций «ПАВ - глинистые породы», в настоящее время еще не выработано.
Множество факторов, влияющих на процессы абсорбции ПАВ, затрудняют разработку управляемых технологий производства изделий стеновой керамики с использованием таких добавок. Так, например, известно, что химический состав минералов даже одного и того же типа может меняться в широких пределах. Поэтому различная природа и соотношение катионов в некоторых типах глинистых минералов могут влиять на адсорбцию анионогенных ПАВ на этих веществах [88,89].
При выборе глинистого сырья для конкретных керамических технологий необходимо руководствоваться комплексной оценкой состава, структуры и свойств глинистой породы, знание которых позволит определить пути регулирования основных технологических свойств глинистой породы.
К настоящему времени доказано, что свойства глин определяются не только их минеральным составом, но и степенью кристалличности глинообразующих минералов. В большей степени нарушения кристалличности характерны для монтмориллонитов, в меньшей - для минералов каолинитовой группы. Главной причиной разу-порядочения структуры глинистых минералов являются изоморфные замещения в октаэдрических слоях или тех и других одновременно (наиболее характерно для монтмориллонита) ионами другой валентности, в результате чего происходит ослабление водородных связей между гиббситовыми и кремнеземистыми слоями.
Степень упорядоченности структуры исходного минерала влияет на процесс муллитообразования. Чем более упорядочена структура, тем легче происходит образование муллита, тем больше возникает в кристаллической структуре дефектов [90].
Кинетика влагоотдачи при сушке газокерамических об разцов
График представляет реальное осуществление следующих процессов: приготовление газоглиняного шликера — формование — тиксотропное упрочнение массы период стабильного сохранения тиксотропной прочности — формирование структурной (сырцовой) прочности.
При обычных условиях (комнатная температура) длительный период занимает период тиксотропного состояния, при этом очень медленно удаляется формовочная (физическая) вода, что сдерживает процесс начального структурообразования полуфабриката. Значительно сократить этот период удается за счет форсированного воздействия на систему теплоносителя и тем самым ускорить формирование структуры газополуфабриката. Исследованиями установлено, что скорость набора структурной прочности значительно повышается, когда влажность массы становится менее 30% [103].
Стабилизация структуры отформованных керамических образцов происходит как при формовании изделий, так и при термической обработке поризованных материалов.
В работе [104] отмечается, что введение соды ЫагСОз оказывает упрочняющее действие на конструкционные материалы на основе золы и микрокремнезема, аналогичное действие будет в ячеистых материалах.
Структурообразование (твердение) глинистых суспензий обусловлено процессом их обезвоживания и действием внешнего стока влаги при ее испарении в окружающую среду. При этом происходит принципиальное изменение свойств материала, связанное с его переходом от тиксотропной коагуляционной структуры к монолитному конденсационному строению с весьма высокой прочностью [105,106]. Показатели предела прочности при изгибе стюг высушенных образцов из высокодисперсных глин могут достигать 20-24 МПа [102, 107].
С точки зрения получения высокопористых материалов оптимальным интервалом Kv (пено-твердовое отношение) является 10-15. Последнее наглядно подтверждается данными зависимости прочности от пористости пенокерамики: материалам, полученным на основе пеномасс с повышенным Kv при равной пористости соответствуют существенно меньшие значения осж. Это объясняется недостатком в таких системах твердой фазы для минерализации пены, слиянием пузырьков, уменьшением их дисперсности и возникновением крупных пор, обусловливающих падение прочности. При Ку 12 значительно уменьшается Кпм (коэффициент выхода пеномас-сы), увеличивается усадка, при Kv 18 несколько уменьшается ПобЩ (растет рпк (кажущаяся плотность пенокерамики)).
Соотношение компонентов в исходном материале оказывает существенное влияние на его пористость и прочность после обжига при различных температурах. Весьма важным является тот факт, что добавки глины в количестве 5-10% значительно повышают механическую прочность кремнеземистых материалов, подвергнутых обжигу при 1200 - 1400С. При температуре обжига 1400С достигается большая механическая прочность, чем для образцов на основе чистой огнеупорной глины. При этом образцы из сравниваемых материалов характеризуются открытой пористостью около 14 и 6% соответственно. Эффект добавки глины на повышение механической прочности при низких температурах относительно невелик и существенно возрастает после температуры термообработки 1100С. Обжиг образцов на основе глин в изученном интервале температур сопровождается усадкой до 8%, для образцов на основе ВКВС - ростом на 0,8% [102].
Показатели асж муллитовой пенокерамики общей пористостью 75-92% определяли на кубах с размером ребер 4 см (ПобЩ=80% осж=17,5 МПа). Теплофизические свойства муллитовой пенокерамики общей пористостью 85% определяли на пластинах размерами 70x70x10 мм методом квазистационарного теплового режима при граничных условиях второго рода .При Т=50-900С X возрастает с 0,245 до 0,56 Вт/(мС), при этом повышенный рост X отмечается после 700С [102].
Структурообразование при термообработке газокерамики происходит сначала путем сушки, а затем обжигом. При сушке изделий необходима длительная выдержка, также как и при обжиге, так как пористая структура газокерамики создает малую теплопроводность и сдерживает процесс структурообразования в центре изделия. Время сушки длится 8-12 ч при температуре 100-150 С. после сушки изделия освобождаются от форм и поступают в туннельную печь на обжиг. Обжиг изделий производится при температуре 1100 С. 3.2.1 Влияние показателя рН глиняных шликеров на кинетику их вспучивания
Экспериментальные данные, приведенные в статье [108] свидетельствуют, что зависимость показателей, характеризующих реологические свойства шликера, от степени кислотной активации воды носит полиэкстремальный характер во всем исследуемом интервале изменения рН. Минимальному коэффициенту загустевания соответствует оптимальное значение рН, равное 6,0. Применение кислотноактиви-рованной воды с данным рН для приготовления шликера позволяет снизить его влажность на 2,5% при сохранении требований технологического регламента. Влияния кислотной активации воды (рН=6) на физико-механические свойства (влагопог-лощение, усадка, механическая прочность) не обнаружено.
Быстрая отдача воды омагниченным шликером в первые 3 мин, образование плотной массы при закреплении тела изделия приводит к более резкому, по сравнению со шликером на исходной воде, падению скорости набора массы тела при увеличении времени до 5 мин. В дальнейшем при времени 5.. 10 мин характер изменения скорости набора массы тела остается таким же, как и для шликера на исходной воде [108].
Технологический регламент на производство строительных изделий из поризованной керамики
Технологический регламент производства газокерамических блоков составлен впервые и предусматривает основы технологии многослойных стеновых конструкций для теплоизоляционного слоя (Приложение 6). В качестве конструктивного материала используют керамический кирпич размером 250х 120x65 мм.
Газокерамические камни и блоки - стеновой материал относится к несгораемым материалам, рекомендуемым для строительства жилых и общественных зданий с относительной влажностью не более 50%.
Для изготовления газокерамических блоков используется глинистые породы, щелочной компонент - молотая известь, газообразователь - алюминиевая пудра марки ПАП- 3, а также цеолит в качестве стабилизатора структурной прочности.
Вода должна отвечать требованиям ГОСТ 23732-79. Водородный показатель воды рН 4. температура воды затворения для шликера на основе суглинков составляет 60С, на основе глины 50С.
Газокерамические стеновые блоки средней плотностью 500-800 кг/м3, предел прочности при сжатии 1,5-4,0 МПа, теплопроводность 0,18-0,3 Вт/мС. Технологическая схема производства и ее описание Со склада грейферным краном глинистое сырье загружается в ящичный питатель, которым дозируется и подается на камневыделительные вальцы. После дробления ленточным транспортером сырье подается в башню гомогенизации для запаса и вылеживания. Из башни глинистая порода винтовым дозатором подается в пропеллерную мешалку. Цеолитовая порода предварительно дробится и подвергается помолу до удель-ной поверхности 2000-3000 см /г и направляется в силос запаса. Комовую известь также подвергают тонкому помолу и хранят в силосе запаса извести. Предварительно обработанное глинистое сырье, тонкомолотые цеолит и известь загружаются в пропеллерную мешалку куда подается горячая вода с температурой 40-50С. Шликер перемешивается 2-3 мин, а затем в него добавляется алюминиевая суспензия. Перемешанная в течение 1-1,5 мин масса разливается в металлические разъемные формы, устанавливаемые на печные вагонетки. В форму заливают массу до половины объема, в дальнейшем в процессе вспучивания шликера форма заполняется полностью. Вспучивание глиняного шликера в формах продолжается 30-40 мин. Когда процесс вспучивания заканчивается, изделия поступают в сушилки туннельного типа. После сушки изделия освобождаются от форм и на тех же вагонетках посту пают в туннельную печь на обжиг. Обжиг изделий производится при температуре 1000-1100С в зависимости от температуры спекания применяемого сырья. При конечной температуре обжига необходима длительная выдержка в течение 4 час, так как пористая структура газокерамики создает малую теплопроводность и сдерживает процесс спекания в центре изделия. Общее время обжига составляет 24 часа. После обжига изделия калибруют по заданному размеру и упаковывают. Упаковка и хранение готовых изделий производится на складе готовой продукции. Исследования показали, что использование предварительно активированного глинистого сырья, особенно суглинистого, позволяет значительно повысить степень вспучивания глиняного шликера на его основе. Технико-экономические и теплотехнические характеристики различных керамических стеновых изделий в сравнении с другими стеновыми материалами приведены в статьях [112-115]. При существующей политике в области строительства, предпочтение отдано каркасному строительству с использованием ячеистого бетона, хотя расчеты показывают, что на существующих технологических линиях можно производить легкие пустотелые керамические изделия с поризованным черепком средней плотностью 750-860 кг/м3, прочностью 5-10 МПа и теплопроводностью 0,14-0,16 Вт/мС, которые по своим эксплуатационным свойствам будут лучше силикатных ячеистых блоков, а затраты топливно-энергетических ресурсов ниже, чем при производстве ячеи-сто-бетонных блоков [112]. В России имеется опыт получения керамических стеновых изделий пониженной плотности. На Норском керамическом заводе (Ярославль) при участии НИИСФ разработана технология и выпущена первая партия керамических камней размером 25x12x138 мм типа «Поротон» средней плотностью 950-1000 кг/м , теплопроводностью 0,36-0,40 (Вт/м3С). Марка изделий 100 125. В настоящее время нормативы по теплозащите зданий, согласно изменениям в СНиП П-3 - 79 «Строительная теплотехника», увеличены в 3-3,5 раза по сравнению с ранее действовавшими. Это означает, что толщину стен из полнотелого керамического кирпича 510-640 мм, принятую для большинства российских регионов, необходимо довести до 2000-2420 мм. Такой вариант не приемлем ни по техническим, ни по экономическим соображениям. Теплопроводность кладочного раствора плотностью 1800 кг/м3 в сухом состоянии и керамики при той же плотности почти одинакова [ИЗ]. Для поиска экономичных проектных решений наружных стен индивидуальных усадебных жилых домов были рассмотрены варианты многослойных конструкций при одинаковом сопротивлении теплопередаче, один из которых: кладка с использованием пенобетона и минераловатных матов с облицовкой в ХА облицовочного кирпича (общая толщина стены 440 мм).
Для более точного и полного учета всего комплекс факторов, влияющих на уровень эффективности конструктивных решений, принята методика минимальных приведенных затрат. Данная методика, разработанная применительно к ограждающим конструкциям зданий, учитывает влияние теплотехнических характеристик. Это необходимо и для определения оптимальной величины сопротивления теплопередаче, и для расчета приведенных затрат при оценке вариантов ограждающих конструкций наружных стен [114].
В целях уточнения свойств кладки из высокопустотных керамических камней в ЦНИИСК им.Кучеренко проведены исследования физико-механических характеристик эффективного поризованнного камня — 2NF и пустотелого кирпича, а также же кладки из них. Анализ результатов испытаний образцов кладки из керамического поризованнного камня показал, что при прочности раствора менее 5 МПа прочность кладки - ниже нормативных значений, что следует учитывать при установлении расчетных сопротивлений кладки. Выпускаемые ЗАО «Победа Кнауф» керамические поризованные камни с пустотами, размером 250x120x138 мм (2NF) по характеристикам — пустотности, плотности, теплопроводности могут быть отнесены к эффективным строительным изделиям, и с их применением могут возводится стены с высоким сопротивлением теплопередаче без использования дополнительного утеплителя [115].
