Содержание к диссертации
Введение
Состояние проблемы получения пустотело-пористых керамических стеновых материалов 9
Требования, предъявляемые к теплозащите зданий и номенклатура ке рамических стеновых материалов 9
Требования к глинистому сырью для производства эффективной сте новой керамики 12
Эффективные керамические стеновые материалы на основе сырьевых смесей с выгорающими и пористыми минеральными добавками 15
Активация глины и добавок, как способ повышения прочности кера мического черепка 20
1 Механическая активация глины и добавок, как способ повышения прочности керамического черепка 20
2 Химическая активация глины, как способ повышения прочности керамического черепка 24
Влияние химических добавок на формирование новообразований и структуру керамического черепка 29
Теплопроводность и морозостойкость пустотело-пористых керамиче ских стеновых материалов 33
1 Теплопроводность пустотело-пористых стеновых материалов 33
2 Морозостойкость пустотело-пористых стеновых материалов 35
Заключение 36
Объекты и методы исследований 39
Выбор и обоснование глинистого сырья 39
Выбор и обоснование добавок 40
1 Выбор и обоснование выгорающих добавок 40
2 Выбор и обоснование химических добавок 42
Технология подготовки шихты и изготовления образцов 43
Методы исследований. Приборы и оборудование 44
Пористость, средняя плотность и предел прочности при сжатии черепка пустотело-пористых стеновых материалов со средней плотностью от 600 до 1000 кг/м3 и пустотностью от 13 до 55 % 46
Состав и свойства глин местных месторождений и влияние содержания выгорающих добавок на свойства шихты и керамического черепка на их ос нове 57
Состав и свойства глинистого сырья местных месторождений 57
Влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства шихты и керамического черепка на основе различных глин 64
1 Влияние вида и содержания выгорающих добавок на число пластичности шихты на основе различных глин 65
2 Влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства керамического черепка 67
Влияние механической активации глин, выгораю щих и химических добавок на свойства шихты и керамического черепка на их основе 82
Влияние механической активации глин на свойства шихты и керами ческого черепка 82
Влияние химической активации шихт на механоактивированной глине на свойства шихты и керамического черепка 96
Изучение механизма повышения прочности пористого черепка на основе механоактивированной среднепластичной Сарай-Чекурчинской глины при химической активации шихты 123
1 Механизм повышения прочности при введении добавки ПЩ 123
2 Механизм повышения прочности черепка при введении добавки ОГП 126
3 Механизм повышения прочности при введении комплексной добавки (ОГП + ПЩ) 131
4 Подтверждение механизмов повышения прочности черепка методом электронной микроскопии 133
Теплопроводность и морозостойкость пустотело-пористых материалов 142
Теплопроводность черепка и пустотело-пористых материалов 142
Морозостойкость пустотело-пористых материалов 147
Оптимизация свойств пористых керамических материалов на основе
эксперимента 148
Общие выводы 154
Список источников
- Требования, предъявляемые к теплозащите зданий и номенклатура ке рамических стеновых материалов
- Выбор и обоснование выгорающих добавок
- Влияние вида и содержания выгорающих добавок на число пластичности шихты на основе различных глин
- Теплопроводность черепка и пустотело-пористых материалов
Введение к работе
Перестройка экономических отношений, стремление к вхождению в миро
вой, в том числе строительный рынок, и к преодолению экономического кризиса,
ресурсо- и энергосбережению, решению экологических проблем привели к необхо
димости перестройки промышленности строительных материалов, в частности, и
подотрасли производства стеновых керамических материалов. Анализ
номенклатуры керамических стеновых материалов других технически развитых стран показывает, что она на 60-80 % от общего объема производства представлена пустотело-пористыми изделиями типа «POROTON», «UNIPOR», «THERMOTOK» и других разновидностей со средней плотностью от 600 до 1000 кг/м3, классов по пределу прочности при сжатии от 4 до 28 МПа и теплопроводностью от 0,19 Вт/м* С и выше. Отечественная промышленность производит 80-90 % полнотелого обыкновенного кирпича от общего объема производства со средней плотностью 1600-1700 кг/м3, который с одной стороны по сравнению с пустотело-пористыми материалами требует для его производства в 2-3 раза больше затрат сырья и энергоресурсов, а с другой - не может быть применен для возведения однослойных ограждающих конструкций зданий по соображениям соответствия их современным требованиям теплозащиты.
В связи с этим, для отечественной кирпичной промышленности актуален переход ее на преимущественный выпуск пустотело-пористых стеновых материалов, что на современном уровне позволяет решать задачи ресурсо- и энергосбережения при производстве продукции, а также в зданиях с ограждающими конструкциями из них. Эта проблема очевидно должна решаться в каждом регионе России с учетом особенностей местного сырья. В Республике Татарстан из действующих 49 кирпичных заводов пока только на двух ведется освоение производства пустотело-пористых стеновых материалов. Вместе с тем в Постановлении Кабинета Министров Республики Татарстан № 33 от 19.01.1996 г. «Об утверждении Приоритетных направлений структурной перестройки базы строительной индустрии Республики Татарстан в условиях рыночных отношений» поставлена задача перехода заводов на преимущественный выпуск пустотело-пористой стеновой керамики. Решение этой задачи требует изучения возможностей производства таких материалов на основе местного сырья, чему и посвящена настоящая работа.
Целью настоящей работы является разработка на основе распространенных
средне-, умеренно- и малопластичных глин месторождений Республики Татарстан
научных и технологических предпосылок для организации производства эффек-
. тивных пустотело-пористых стеновых материалов со средней плотностью 600-1000
кг/м3.
В основу постановки цели работы заложена рабочая гипотеза, сформулированная на основе анализа известных исследований: из распространенного средне-, умеренно- и малопластичного местного глинистого сырья Республики Татарстан при механической активации глин и химической модификации сырьевых шихт с выгорающими добавками может быть получена пустотело-пористая стеновая керамика со средней плотностью 600-1000 кг/м"\
Для достижения поставленной цели работы необходимо решение следующих задач:
произвести выбор типовых видов распространенных в РТ средне-, умеренно- и малопластичных глин, выгорающих и химических добавок из продукции местных производств;
определить требования к показателям предела прочности при сжатии, средней плотности черепка пустотело-пористых стеновых материалов марок от 25 до 300 со средней плотностью от 600 до 1000 Kr/MJ и пустотностью от 13 до 55 %;
исследовать составы и свойства типовых глин месторождений РТ и определить их соответствие известным требованиям к глинистому сырью для производства пустотело-пористых стеновых материалов; исследовать влияние вида и содержания выгорающих добавок на свойства шихты и черепка на основе глин в исходном состоянии и определить возможность получения и свойства пустотело-пористых стеновых материалов из них;
исследовать влияние механической активации глин на свойства шихты и черепка и определить возможность получения и свойства пустотело-пористых стеновых материалов на основе механоактиви-рованных глин и выгорающих добавок;
исследовать влияние химических добавок в шихты на основе меха-ноактивированных глин и выгорающих добавок на свойства шихты и черепка»
исследовать механизм изменения свойств черепка на основе механо-активированной глины с химическими добавками; методом математического регрессионного анализа оптимизировать свойства пустотело-пористых стеновых материалов; исследовать теплопроводность черепка и теплопроводность и морозостойкость пустотело-пористых керамических материалов; разработать технологический регламент производства пустотело-пористых стеновых изделий на Казанском комбинате строительных материалов ГУП «Татарстройматериалы». Актуальность темы диссертации.
Работа проводилась в плане реализации Постановления КМ РТ № 33 от 19.01.1996 г. «Об утверждении Приоритетных направлений структурной перестройки базы строительной индустрии Республики Татарстан в условиях рыночных отношений» и направлена на решение проблем, связанных с ресурсо- и энергосбережением и создание предпосылок для освоения производства эффективных технологий и материалов. По результатам работы в конкурсе «Актуальные проблемы городского хозяйства и социальной сферы города», проводимом администрацией г. Казани, автор диссертации награжден дипломом главы администрации г. Казани. Научная новизна результатов работы заключается в следующем.
1. Впервые установлены требуемые показатели средней плотности,
пористости и предела прочности при сжатии черепка пустотело-пористых керами
ческих стеновых материалов, соответствующих ГОСТ 530-95, марок от 25 до 300,
пустотностью от 13 % до 55 % и средней плотностью от 600 до 1000 кг/м3 и полу
чены уравнения зависимостей:
требуемых средней плотности и пористости черепка стеновых материалов от их пустотности и средней плотности от 600 до 1000 кг/м3;
требуемого предела прочности при сжатии черепка пустотело-пористых стеновых материалов от их пустотности и марки.
Исследованы химический, гранулометрический и минералогический составы типовых распространенных в РТ средне-, умеренно- и малопластичных глин на соответствие известным требованиям к глинистому сырью для производства пустотело-пористых изделий.
Установлены зависимости: числа пластичности глин, усадки, средней плотности, структуры пористости, предела прочности при сжатии черепка на основе различных глин от вида и содержания выгорающих добавок, механической
8 активации глин и добавок в сырьевую шихту подмыльного щелока, отхода гальванического производства и их смеси.
На основе результатов исследований методами дифференциально-термического и рентгенофазового анализов и электронной микроскопии показано, что при механической активации глин и введении в них принятых в работе химических добавок помимо пластифицирующего их действия на шихту изменяется структура пористости, увеличивается содержание стеклофазы в результате флюсующего действия натрийсодержащих компонентов добавок, уменьшается содержание кристаллической фазы расплава черепка, что позволяет повышать его прочность более чем в 2 раза.
Впервые получены математические модели зависимости прочности пористого черепка от содержания и вида выгорающих добавок в шихте на основе различных глин.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
разработаны технологические предпосылки для организации производства на основе распространенных глин месторождений РТ пустотело-пористых стеновых материалов со средней плотностью 600-1000 кг/м3;
установлены марки пустотело-пористых стеновых материалов, которые могут быть получены с плотностью от 600 до 1000 Kr/MJ на основе типовых распространенных глин месторождений РТ при механоактива-ции их и введении местных выгорающих и химических добавок;
разработан технологический регламент на производство пустотело-пористых стеновых материалов на Казанском комбинате строительных материалов ГУП «Татарстройматериалы».
Публикации и доклады по результатам работы. По результатам работы опубликовано 14 статей и тезисов докладов конференций, получено одно положительное решение на выдачу патента на изобретение, подана вторая заявка на изобретение, находящаяся в стадии рассмотрения. Результаты работы докладывались на 13-ти международных, всероссийских и республиканских конференциях и академических чтениях, проходивших с 1997 по 2001 г в Белгороде, Воронеже, Ижевске, Казани, Новосибирске, Пензе, Ростове-на-Дону, Саранске и Томске.
1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ПУСТОТЕЛО-ПОРИСТЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Требования, предъявляемые к теплозащите зданий и номенклатура ке рамических стеновых материалов
В настоящее время в связи с бурным развитием индивидуального малоэтажного строительства повышается интерес к эффективным керамическим стеновым материалам, использование которых обеспечивает зданиям долговечность, комфортность и архитектурную выразительность. Однако объем производства, номенклатура и качество изделий строительной керамики отстает от растущего спроса.
Изменения № 3 в СНиП П-3-79 "Строительная теплотехника" предусматривают повышение требований к теплозащите ограждающих конструкций вновь строящихся и реконструируемых зданий (с 2000 года) в 3-3,5 раза, что позволит снизить теплопотребление на 20-30 % [2-5]. Этот факт говорит о необходимости увеличения толщины стены из полнотелого керамического кирпича во многих регионах до 2420 мм. В зарубежном строительстве уже в период с 1973 по 1985 год были повышены требования к термическому сопротивлению всех наружных ограждающих конструкций в 3 - 4 раза. Применявшиеся в недавнем прошлом в многоэтажном крупнопанельном домостроении однослойные керамзитобетонные панели не удовлетворяют современным требованиям, предъявляемым к теплозащите зданий и сооружений.
За рубежом, в конструктивном отношении при строительстве зданий, преобладает каркасное строительство, при котором конструкции наружных стен выполняют преимущественно функции теплозащитного ограждения. В связи с этим промышленность керамических стеновых материалов перешла на преимущественный выпуск пустотело-пористых стеновых материалов.
До недавнего времени в соответствии с требованиями ГОСТ 530-80 номенклатура выпускаемых у нас керамических стеновых материалов выглядела следующим образом. Она включала в себя изделия 7 типоразмеров: кирпич обыкновенный (250x120x65 мм), кирпич утолщенный (250x120x88 мм), кирпич модульный (288x138x65 мм), камень (250x120x138 мм), камень модульный (288x138x138 мм), камень укрупненный (250x250x138 мм) и камень с горизонтальным расположением пустот (250x250x120/96 мм). Кирпич мог изготовляться сплошным и пустотелым, а камни только пустотелые. Кирпич пустотелый мог производится 9 видов с различным количеством вертикальных по отношению к постели пустот и пустотностыо 13-30 %. Кирпич с горизонтальным расположением пустот производился трех видов с четырьмя или шестью сквозными прямоугольными пустотами в один или два ряда и пустотностыо 41-42 %. Камни с горизонтальными пустотами могли выпускаться с пустотностыо 17-56 %, а с вертикальными пустотами - с пустотностыо 25-37 %.
ГОСТ 530-95 значительно расширил номенклатуру выпускаемых стеновых керамических материалов. В дополнение, к ранее упомянутым появились такие, как: кирпич модульный утолщенный (288x138x88 мм), камень модульный укрупненный (288x288x88 мм), камень укрупненный двух типоразмеров (250x250x188 мм) и (80x250x138 мм). Допущено также производство укрупненных камней пустотностыо 45 и 55 % трех типоразмеров: 380x180x138 мм, 380x255x188 мм, 380x250x138 мм. Регламентируется выпуск кирпича и камня сплошных и с вертикальным по отношению к постели расположением пустот марок 75-300, а с горизонтальным расположением пустот 25-100. Предусмотрена возможность выпуска: 5-ти видов кирпича полусухого прессования с различным количеством пустот и пустотностыо от 2,25 до 12,7 %; 7-ми видов кирпича с вертикальным расположением различного количества пустот с пустотностыо от 13 до 42 % и двух видов кирпича с горизонтальным расположением пустот с пустотностыо до 41 %; десяти видов камня с вертикальным расположением пустот и пустотностыо 25-55 %, и двух видов камня с пустотностыо до 45 % при горизонтальном расположении пустот.
Таким образом, ГОСТом 530-95 предусмотрено увеличение количества типоразмеров кирпича и камня, которое может производиться в РФ. Регламентируемая пустотность кирпича по новому ГОСТу может меняться от 14 до 42 %, по сравнению со старым ГОСТом, где пустотность менялась от 13 до 30 %. Пустотность камней с вертикальными пустотами увеличилась с 25-37 (по ГОСТ 530-80) до 25-55 (по ГОСТ 530-95). Создание пустотности в стеновых керамических материалах позволяет значительно снизить их среднюю плотность и в определенной мере теплопроводность. Однако, в большинстве случаев не настолько, чтобы обеспечить достигнутые показатели стеновой керамики в технически развитых странах Запада. Необходимое снижение теплопроводности керамических стеновых материалов, как показывает мировой опыт, может быть достигнуто одновременным приданием пористости керамического черепка.
Так, например в Германии [6] фирмами «POROTON», «UNIPOR», «THER-MOPOR», «POROKLIMATON», в соответствии с DIN 105 [89] производятся пустотело-пористые кирпичи и камни высотой (52, 71, 113, 238) мм, шириной (115, 175, 240) мм и длиной (240, 300, 365, 490) мм, кирпич обыкновенный и лицевой -полнотелый и пустотелый, с вертикальными и горизонтальными пустотами. Широко выпускаются камни с вертикальными пустотами, соединяющиеся между собой в паз и гребень. Средняя плотность таких камней - до 800 кг/м3, прочность -от 4 МПа, а теплопроводность в зависимости от конфигурации изменяется от 0,18 до 0,24 Вт/(м К).
В Италии [7] фирмами «POROTON», «S.J.L.S.», «EDILFORNACIAL» производятся пустотелые камни из пористой керамики размерами 300x250x190 мм, 195x410x250 мм, 250x250x300 мм, 250x120x300 мм, 190x250x300 мм с прочностью при сжатии 7,5-12 МПа, средней плотностью изделий 700-800 кг/м-3, причем полнотелый черепок имеет плотность 1950 кг/м-3. Кроме того, фирма «EDILFORNACIAL» выпускает стандартный 250x125x55 и 250x120x120 мм и нестандартный 285x138x56 и 285x138x120 мм пустотело-пористый кирпич с гладкой и рифленой лицевой гранью.
Во Франции распространено производство многощелевых керамических камней JS040 толщиной 375 мм. Фирма «СЕМАТЕК» выпускает пустотело-пористые камни «SETABLOK 37» размерами 250x375x250 мм с 19 рядами овальных сквозных отверстий по 4-5 в каждом ряду. Фирма «Briques at Tuilles D Alsace» выпускает камни с вертикальными пустотами «Maxithorme» размерами 200x300x234 мм, а фирмой «Establissment» многопустотные S-образные камни размерами 500x240x200 мм. Фирма «Серик» производит рядовые блоки высотой на этаж (280 см), имеющие наружный керамический слой толщиной 10 см (два ряда ячеек) и средний теплоизоляционный слой толщиной 5 см; размеры основных блоков 30x60 см; дополнительных -30x30 см; надоконных 20x35 см; подоконных 10x33 см.
Выбор и обоснование выгорающих добавок
В настоящее время минерально-сырьевая база глинистого сырья РТ представлена 225 разведанными месторождениями с суммарным запасом (по состоянию на 1 января 1997 г.) категорий A+B+Cj 312,3 млн. м3 и категории Сг 66,2 млн. м3. Кирпичные глины РТ относятся в основном к средне-, умеренно-, и малопластичным группам [9].
С целью получения эффективного пустотело-пористого керамического кирпича в качестве объектов наших исследований использовались типичные представители местных глин Приказанской зоны РТ, а именно Сарай-Чекурчинского (среднепластичного), Шеланговского (умереннопластичного) и Кощаковского (малопластичного) месторождений. Свойства глин представлены в таблице 2.1.
В первой главе было показано, что для снижения средней плотности керамического кирпича применяют различные выгорающие добавки растительного происхождения - шелуха гречихи, лузга от семян подсолнечника, солома, измельченные стебли хлопчатника, рисовая шелуха, листва, опилки лиственных пород деревьев, древесная пыль; неорганические пористые - перлит.
Для исследований нами выбраны шелуха гречихи, древесные опилки и древесная пыль, которые образуются в виде побочных продуктов на различных предприятиях РТ.
Древесные опилки представляют собой побочные продукты деревообрабатывающих предприятий РТ, которые в настоящее время почти нигде не используются и сжигаются в отвалах. Шелуха гречихи - является побочным продуктом Буинского сельхозперера-батывающего предприятия (г. Буинск, РТ). Среднее значение насыпной плотности в естественном состоянии равно 160-170 кг/м3.
Древесная пыль - является побочным продуктом Васильевского деревообрабатывающего комбината (п. Васильево, Зеленодольский р-н, РТ), который представляет собой сыпучий продукт, образующийся в результате механического шлифования лицевой поверхности древесно-стружечных плит (ДСП) с помощью наждачной бумаги. При работе комбината на полную мощность образуется до 15-20 тонн отходов ежесуточно, которые в настоящее время нигде не используются и сжигаются. С целью повышения пластичности шихты и увеличения прочности керамического черепка исследовалась возможность использования таких добавок, как подмыльный щелок (ПЩ) и отходы гальванических производств (ОГП). В качестве модельных добавок применялись кальцинированная сода и натриевое жидкое стекло.
Отход гальванического производства.
Отход гальванического производства (ОГП) - побочный продукт КАПО им. СП. Горбунова (г. Казань), представляющий собой светло-коричневую сметанооб-разную массу влажностью 40-60 %. ОГП являются многотоннажными, при работе предприятия на полную мощность ежедневно в отвалы вывозится до 55 тонн отходов. По данным химического анализа, представленного предприятием, они имеют следующий состав: Al203=37,2%; Fe203=25,65%; Сг203=1,8%; ZnO=0,65%; NiO=0,5%; CuO=0,23%; CdO=0,065%; CaS04=19,l%; H2O=5,0%; прочие соли = 6,83%.
Выбор ОГП обоснован тем, что в его составе имеются оксиды: А1203 в количестве до 37,2 %; Fe203 - 25,65% и незначительные количества Cr203, ZnO, NiO и CuO. Введение глиноземсодержащей добавки также связано с тем, что кирпичные глины РТ относятся по содержанию А1203 к кислым (содержание А1203 15 %) и его недостаточно для формирования новообразований, способствующих повышению прочности черепка.
Подмыльный щелок.
Подмыльный щелок (ПЩ) является вторичным продуктом Казанского химкомбината им. Вахитова, плотностью 1,05-1,2 г/см3. По данным химического анализа имеют следующий состав: хлорид натрия - 15 %; свободная едкая щелочь -1,2 %; свободная углекислая сода - 1,5 %; жирные кислоты - не более 1 %; остальное - вода.
Выбор подмыльного щелока обусловлен тем, что в его составе содержится натрийсодержащий компонент (хлорид натрия), едкая щелочь и свободная углекислая сода, обуславливающие флюсующее действие этой добавки. Жирные ки слоты и свободная углекислая сода помимо этого оказывают и пластифицирующий эффект этой добавки.
Влияние вида и содержания выгорающих добавок на число пластичности шихты на основе различных глин
Технология подготовки шихты и изготовления образцов заключалась в следующем. Глину предварительно высушивали до воздушно-сухого состояния, размалывали на лабораторных бегунах марки БЛ-2. Затем глина и другие предварительно подготовленные компоненты сырьевой смеси дозировались по объему в специальную лабораторную мешалку, где перемешивались в сухом состоянии, увлажнялись до формовочной влажности, сбивались в валюшки и выдерживались в полиэтиленовых мешочках в течение 24 часов для равномерного распределения влаги по объему смеси. Из приготовленных смесей формовались контрольные образцы в металлических формах, которые распалубливались и высушивались. Сушку сформованных образцов производили в течении 48-72 часов в комнатных условиях, затем досушивали в сушильном шкафу типа СНОЛ до остаточной влажности 4-6 % по режиму: 50 С - 4 часа, 80 С - 4 часа, 110 С - 4 часа. Обжиг контрольных образцов осуществлялся в лабораторной электропечи сопротивления.
Подмыльный щелок вводился в составы сырьевых смесей в естественном жидком состоянии, после предварительного разбавления водой до плотности 1,05-1,1 г/см3 и тщательного перемешивания до однородного цвета. Дозировали добавку в предварительно подготовленную шихту методом дождевания при одновременном перемешивании шихты. При этом достигается более равномерное распределение малого количества добавки по всему объему шихты.
Отходы гальванического производства вводились в составы сырьевых смесей следующим образом. Добавка предварительно подсушивалась в лабораторном сушильном шкафу типа СНОЛ при температуре 80-100 С до постоянной массы, размалывалась в лабораторной фарфоровой ступке пестиком или на лабораторных бегунах в течение 5-Ю минут и просеивалась через сито с размером ячеек 0,5 мм. После этого добавку дозировали в шихту в зависимости от объема глины в требуемых количествах и перемешивали шихту всухую до однородного состояния.
Комплексную добавку, состоящую из ОГП и ПЩ, приготавливали следующим образом. Одну весовую часть ОГП помещали в лабораторную сферическую чашу, заливали двумя частями подмыльного щелока, выдерживали в течение 24- часов до полной диспергации частиц ОГП и перемешивали до однородной смета-нообразной консистенции в течении 5 минут. Время выдерживания ОГП в растворе ПЩ определялось экспериментами. Полученную добавку дозировали, перемешивали с необходимым количеством воды и вводили в составы сырьевых смесей.
Для изучения основных физико-механических свойств пористого керамического черепка изготавливались образцы в виде кубиков 50x50x50 мм, согласно методике ВНИИстром им. П.П. Будникова [94].
Испытание образцов на прочность осуществлялось на лабораторном прессе ПСУ-10 при скорости нагружения 0,1 МПа/с. Сушку образцов производили в сушильном шкафу типа СНОЛ. Обжиг образцов осуществлялся в лабораторной электропечи марки СНОЛ 1,6 2,5.1/11-ИЗ. На морозостойкость и водопоглощение образцы испытывались согласно требованиям ГОСТ 7025-91 [103].
Свойства глинистого сырья определялись по стандартным методикам [95-101].
Определение общей и огневой усадок керамических образцов осуществлялось по методике, рекомендованной ВНИИстром им. П.П. Будникова [94].
Пористость материала определялась по стандартной методике [94]. Рентгенофазовый анализ проб осуществлялся на модернизированном, рентгеновском дифрактометре ГУР-3, управляемым IBM. Режим съемки: медное излу о чение Си Ка с ДЛИНОЙ волны А,=1,542 А, ЭКСПОЗИЦИЯ 12 сек., шаг 0,05 град. Съемка осуществлялась в интервале от 3 до 37. При необходимости проводилось двухкратное накопление спектра.
Диагностика каждой кристаллической фазы осуществлялась путем идентификации соответствующих ей характеристических отражений с определенными значениями межплоскостных расстояний (d) и относительных интенсивностей (I) на полученных дифрактограммах. Процедура идентификации основана на сопоставлении полученных дифрактограмм с карточками интернациональной базы порошковых дифрактометрических данных (базы JCPDS), содержащей значения I и d эталонных минералов.
Дифференциально-термический анализ осуществлялся на венгерском оптическом дериватографе марки ОД 3425-1500.
Электронно-микроскопические исследования выполнялись на электронном сканирующем микроскопе РЭММА-202М, с предварительным препарированием поверхности свежего скола материала, методом вакуумно-термического напыления серебра на установке ВУП-5.
Теплопроводность определялась расчетным способом [117].
Статистическая обработка результатов эксперимента проводилась согласно методикам [125]. С доверительной вероятностью 95 % определялись среднее квадратичное отклонение и коэффициент вариации с целью определения необходимого для испытаний количества образцов. Доверительный интервал при этом составлял + 10 % от среднего значения искомого показателя. Для ряда экспериментов обработку результатов исследований проводили с помощью программы STATISTIKA на персональном компьютере PENTIUM.
Теплопроводность черепка и пустотело-пористых материалов
По эмпирическим зависимостям Некрасова В.П., Кауфмана Б.Н., Власова О.Е. [117] была рассчитана теплопроводность и построены кривые зависимостей влияния средней плотности черепка (рис. 6.1 - 6.3) и количества выгорающих добавок в виде шелухи гречихи, древесных опилок и древесной пыли на теплопроводность и общую пористость керамического черепка на примере неактивированной среднепластичной Сарай-Чекурчинской глины.
Из анализа данных для неактивированной среднепластичной Сарай-Чекурчинской глины, представленных на рисунке 6.1 - 6.3 можно сделать вывод: с увеличением количества шелухи гречихи, вводимой в составы сырьевых смесей в количестве от 0 до 56 %, и соответствующего снижения при этом средней плотности черепка с 1950 до 1200 кг/м3, теплопроводность, рассчитанная по формуле Некрасова В.П. снижается с 0,93 до 0,53; по формуле Кауфмана Б.Н. - с 0,65 до 0,27, а по формуле Власова О.Е.-с0,58до0,31Вт/м С; с увеличением количества древесных опилок, вводимых в составы сырьевых смесей в количестве от 0 до 50 % средняя плотность снижается с 1950 до 1180 Kr/MJ теплопроводность соответственно с 0,93 до 0,52; с 0,65 до 0,27, и с 0,58 до 0,31 Вт/м С; с увеличением количества древесной пыли, вводимой в составы сырьевых смесей в количестве от 0 до 40 % средняя плотность снижается с 1950 до 1160 KT/MJ, а теплопроводность соответственно с 0,93 до 0,51; с 0,65 до 0,26, с 0,58 до 0,29 Вт/м С. Рассчитанные по эмпирическим формулам значения теплопроводности для обычной неактивированной умереннопластичной (Шеланговской) и неактивированной малопластичной (Кощаковской) глин представлены в таблице 6.1.
Видно, что увеличение количества шелухи гречихи от 0 до 43 %, вводимой в умереннопластичную неактивированную Шеланговскую глину, способствует увеличению общей пористости черепка на 43,4 % и снижает теплопроводность, рассчитанную например, по формуле Власова О.Е. на 31,6 %. Введение в эту же глину древесных опилок в количестве до 34 % снижает среднюю плотность на 27,1 %, теплопроводность на 33,3 % и повышает общую пористость на 43,8 %, а введение древесной пыли в количестве - до 25 % снижает теплопроводность пористого черепка на 35,1 %. Введение в малопластичную неактивированную Кощаковскую глину того же набора органических добавок в оптимальных количествах позволяет снижать теплопроводность на 19,2; 21,6; 25,0 % соответственно.
Численные значения теплопроводности при введении в умереннопластичную Шеланговскую глину шелухи гречихи в количестве до 43 %, полученные расчетным способом с использованием эмпирических формул Некрасова В.П., Кауфмана Б.Н. и Власова О.Е. равны 0,65; 0,36 и 0,39 Вт/м С, при введении древесных опилок в количестве до 34 % - 0,64; 0,35 и 0,38 Вт/м С и древесной пыли в количестве до 25 % - до 0,62; 0,34 и 0,37 Вт/м С соответственно. Для малопластичной Коща-ковской глины при шелухе гречихи в количестве до 22 % теплопроводность снижается до 0,71; 0,41 и 0,42 Вт/м С; древесных опилок в количестве до 18 % - до 0,69; 0,39 и 0,41 Вт/м С и древесной пыли в количестве до 12 % - до 0,66; 0,37 и 0,39 Вт/м С соответственно.
Из расчетных данных теплопроводности для полнотелого кирпича можно сделать вывод о том, что только традиционным введением в состав исследованных глин выгорающих добавок в максимально возможных количествах не возможно получать эффективный кирпич теплопроводностью, соответствующей лучшим зарубежным аналогам (0,18-0,2 Вт/м С).
Поэтому на ранее подобранных оптимальных составах химически активированных шихт на механоактивированных глинах были рассчитаны показатели средней плотности пустотело-пористого кирпича, например М75 с учетом технологической пустотности, указанной в ГОСТ 530-95 и рассчитаны значения теплопроводности, приведенные в таблице 6.2.
Из данных таблицы 6.2 видно, что эмпирические значения теплопроводности, рассчитанные по формуле Кауфмана Б.Н на всех трех типах механоактивированных глин при введении в химически активированную шихту выгорающих добавок в максимально допустимых количествах и при создании стандартной технологической пустотности достигается теплопроводность, равная 0,14-0,20 Вт/м С, что значительно лучше отечественных аналогов, и соответствует лучшим зарубежным керамическим материалам типа «POROTON», «THERMOPOR» и др. или керамического блока «Победа Кнауф».
Таким образом, можно сделать вывод, что:
1. Расчетная минимальная теплопроводность пористого черепка, полученного только путем введения в обычные средне-, умеренно- и малопластичные глины большого объема выгорающих добавок равна 0,27 Вт/м С.
2. Минимальная расчетная теплопроводность на всех трех типах мех ноак тивированных глин при дополнительной химической активации и при создании технологической пустотности достигается равной 0,14-0,20 Вт/м С, что значи тельно лучше отечественных аналогов, и соответствует лучшим зарубежным ана логам.
