Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор литературы 9
1.1. Классификация глин и глинистых минералов.
Состояние проблемы 9
1.2. Сырьевые материалы и отходы промышленности, используемые в производстве стеновой керамики 20
1.3. Факторы, формирующие потребительские свойства стеновой керамики 27
1.4. Выводы по главе 32
Глава 2. Объекты и методы исследований 34
2.1. Выбор и обоснование объектов исследований 34
2.2. Методики исследований глинистого сырья, глинистых масс
и стеновой керамики 40
Глава 3. Экспериментальная часть 45
3.1. Исследование свойств стеновой керамики, изготовленной
из глинистого сырья месторождений Белгородской области, обогащенного
отходами железистых кварцитов КМА 45
3.2. Исследование влияния железистых кварцитов КМА на дообжиговые свойства глинистых масс 54
3.3. Исследование фазового состава, макро- и микроструктуры стеновой керамики, на основе глинистого сырья с отходами обогащения железистых кварцитов КМА 60
3.4. Исследование потребительских свойств стеновой керамики, полученной из глинистого сырья месторождений Белгородской области
с отходами обогащения железистых кварцитов КМА 77
3.5. Выводы по главе 83
Глава 4. Исследование влияния плазменной обработки на потребительские свойства стеновой керамики, полученной из местных источников сырья 86
4.1. Плазменная обработка стеновой керамики с использованием отходов промышленности 89
4.2. Исследование потребительских свойств стеновой керамики, декорированной методом плазменной обработки 89
4.2.1. Исследование единичных показателей потребительских свойств стеновой керамики, декорированной методом плазменной обработки 89
4.2.2. Разработка номенклатуры потребительских свойств стеновой керамики и классификации способов глазурования 96
4.3. Выводы по главе 101
Глава 5. Оценка качества и конкурентоспособности стеновой керамики на основе местных источников сырья и отходов промышленности 103
5.1. Методы оценки качества и конкурентоспособности 103
5.2. Опытно-промышленные испытания стеновой керамики на основе местных источников сырья и отходов КМА НО
5.3. Оценка качества и конкурентоспособности стеновой керамики, декорированной методом плазменной обработки 119
5.4. Выводы по главе 134
Выводы 135
Список использованных источников 137
- Сырьевые материалы и отходы промышленности, используемые в производстве стеновой керамики
- Исследование влияния железистых кварцитов КМА на дообжиговые свойства глинистых масс
- Исследование потребительских свойств стеновой керамики, декорированной методом плазменной обработки
- Опытно-промышленные испытания стеновой керамики на основе местных источников сырья и отходов КМА НО
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В Российской Федерации на ближайшую перспективу ставится задача обеспечения населения страны доступным жильем, жилищное строительство является одним из национальных приоритетов. Реализация этой программы требует значительного увеличения производства стеновых строительных материалов, в т.ч. лицевого кирпича.
Промышленность строительных материалов является одной из наиболее энергоемких отраслей индустрии, так как энергозатраты в общей стоимости стеновых керамических материалов достигают 35-40%. Поэтому расширение использования нетрадиционных источников энергии в промышленности строительных материалов, в том числе низкотемпературной плазмы является важным фактором повышения технического уровня качества продукции, снижения ее себестоимости и повышения ее конкурентоспособности.
Кроме того, ухудшение экологической обстановки в нашей стране требует утилизации и промышленного использования различных отходов промышленности, в том числе и горнодобывающей. В настоящее время в хранилищах промышленных предприятий накопилось более 100 млрд. тонн различных отходов. Поэтому интенсивное использование отходов промышленности строительных материалов также является перспективным направлением повышения качества и конкурентоспособности стеновых строительных материалов.
Для производства строительных материалов ежегодно в РФ добывается около 1,5 млрд. тонн нерудного сырья, в том числе глин различного минералогического состава. Однако месторождения высококачественных глин истощились, а глины с различными включениями, в том числе карбонатными, требуют значительной дополнительной технологической переработки с введением в состав керамических масс корректирующих добавок.
В связи с этим использование в промышленности строительных материалов местных источников глинистого сырья и отходов горнорудной промышленности, а также эффективных источников энергии, является актуальным.
Цель и задачи исследования. Целью данной работы является исследование потребительских свойств стеновых керамических материалов, полученных на основе местных источников сырья и отходов промышленности с использованием нетрадиционных источников энергии для их термодекорирования.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- исследование возможности использования местных источников сырья и разработка оптимальных составов масс для производства стеновых керамических материалов;
исследование влияния отходов горнодобывающей промышленности на формирование потребительских свойств стеновых керамических материалов;
исследование влияния низкотемпературной плазмы на потребительские свойства декорированной стеновой керамики, полученной из местных источников сырья, обогащенных отходами промышленности;
разработка номенклатуры потребительских свойств, оценка уровня качества и конкурентоспособности стеновой керамики, полученной из местных источников сырья, обогащенных отходами промышленности.
Объектом исследования является стеновая керамика на основе местных источников сырья и отходов промышленности.
Предметом исследования являются потребительские свойства стеновой керамики, полученной из глинистого сырья Белгородской области с отходами обогащения железистых кварцитов Курской Магнитной аномалии (КМА).
Научная новизна работы заключается в следующем:
проведены комплексные исследования свойств глинистого сырья Белгородской области, в ходе которых установлено, что оно без корректирующих добавок непригодно для производства стеновой керамики;
установлена возможность использования отходов обогащения железистых кварцитов Курской магнитной аномалии (КМА) различного гранулометрического состава для производства стеновой керамики;
установлены закономерности изменения потребительских свойств стеновой керамики на основе местных источников сырья при введении отходов обогащения железистых кварцитов КМА различного гранулометрического состава, способствующих улучшению сушильных свойств полуфабрикатов и повышающих марочность и морозостойкость кирпича за счет интенсификации процессов спекания;
применена технология плазменного оплавления лицевой поверхности стеновой керамики с одновременным напылением порошка глазури на основе отходов промышленности, на которую получен патент;
разработана типовая номенклатура потребительских свойств стеновой и лицевой керамики, а также внесены дополнения в классификацию способов декорирования стеновой керамики;
разработана шкала для экспертной оценки качества и конкурентоспособности продукции на основе местных источников сырья и отходов промышленности.
Практическая значимость исследования.
На основе проведенных исследований разработаны эффективные составы керамических масс для производства методом пластического формования высокомарочных керамических изделий из глинистых пород местных месторождений, обогащенных отходами КМА различного гранулометрического состава.
Уточнена номенклатура потребительских свойств стеновой керамики и одобрена на Российской научно-практической конференции «Потребительская кооперация - социально-ориентированная система», а также опубликована в журнале «Стекло и керамика».
Разработаны конкретные рекомендации по оценке конкурентоспособности стеновых и лицевых керамических материалов на основе местных источников сырья при постановке продукции на производство, в процессе производства и эксплуатации.
Методика и результаты оценки качества и конкурентоспособности стеновых и лицевых керамических материалов используются при подготовке студентов и внедрены в учебный процесс в качестве лекций и учебных пособий при проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам «Товароведение хозяйственных товаров» (раздел «Строительные материалы») и «Конкурентоспособность непродовольственных товаров».
Возможность использования керамических масс на основе местных источников сырья и отходов промышленности опробована в промышленных условиях. Совместно с ОАО «Регионстройинвест» и ООО «ПЛАЗМИКА» г. Белгород проведены опытно-промышленные испытания разработанных керамических масс и выпущены опытно-промышленные партии продукции. Разработанные составы керамических масс и технология плазменной декоративной обработки стеновых материалов рекомендованы к промышленному внедрению, о чем свидетельствует акт внедрения.
Экономическая эффективность от внедрения разработанных составов керамических шихт с использованием отходов обогащения железистых кварцитов КМА при выпуске 10 млн. штук условного кирпича в год составит 2,258 млн. руб./год.
На защиту выносятся следующие положения:
—обоснование целесообразности использования местных источников глинистого сырья, обогащенного отходами промышленности, для производства стеновых керамических материалов;
-результаты исследования влияния отходов КМА различного гранулометрического состава на формирование потребительских свойств готовой продукции;
—результаты исследования фазового состава, макро- и микроструктуры стеновых керамических материалов, полученных из местных источников сырья;
-результаты исследования потребительских свойств и технического уровня качества керамического кирпича, полученного из местных источников сырья, декорированного в факеле низкотемпературной плазмы;
-результаты исследования конкурентоспособности лицевых керамических материалов, полученных из местных источников сырья.
Методологические основы исследования. В работе были использованы аналитические методы научного познания (анализ и синтез), методы
эмпирического исследования (наблюдение, сравнение, измерение, эксперимент), методы практической товароведной деятельности (социологический, экспертный).
В ходе написания диссертации была использована нормативно-техническая документация, общая и специальная литература по товароведению и экспертизе стеновых строительных материалов.
Апробация работы. Результаты исследований докладывались и обсу
ждались на Международной научно-практической конференции «Товары
XXI столетия» (Украина, г. Полтава, 2002); Международной научно-
практической конференции «Товароведение в XXI веке» (г. Новосибирск,
2002); Международной научно-практическая конференции «Современные
направления теоретических и прикладных исследований '2007» (Украина, г.
Одесса, 2007); Международной научно-практической Интернет-конференция
«Актуальные проблемы менеджмента качества и сертификации» (г. Белго
род, 2008); Российской научно-практической конференции «Потребительская
кооперация - социально-ориентированная система» (г. Белгород, 1999); меж
вузовских научно-практических конференциях профессорско-
преподавательского состава, молодых ученых и практических работников
потребительской кооперации (г. Белгород, 1994, 1996,1997, 1998, 2000, 2003,
2005,2006,2007,2008).
Публикации. Материалы диссертации отражены в 20 публикациях, в том числе в 1 монографии, 3 научные работы опубликованы в изданиях, входящих в список ВАК, получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных источников из 148 наименований, 7 приложений.
Результаты исследований (без приложений) изложены на 150 страницах машинописного текста, включают 40 таблиц и 26 рисунков.
Сырьевые материалы и отходы промышленности, используемые в производстве стеновой керамики
Для производства стеновых строительных материалов широко используется глинистое сырье. В соответствии с ГОСТ 9169 глинистое сырье представляет собой горные породы, состоящие в основном из глинистых минералов. С учетом технологических особенностей переработки под глинами понимают горные породы, способные при затвердевании с водой образовывать пластичное тесто, которое в высушенном состоянии обладает определенной пористостью и после обжига приобретает камнеподобное состояние.
Глинистое сырье отличается непостоянным химическим и минералогическим составом, имеет сложную структуру и различный гранулометрический состав.
При классификации глинистого сырья используются различные признаки: происхождение, минералогический состав, химический состав, технологические параметры переработки, физико-химические свойства и др.
Глины являются продуктами разложения и взаимодействия с водой поле-вошпатных и других горных пород. Если глины оставались на месте их образования, то они называются первичными или элювиальными, а если переносились в другие места — то вторичными или отложенными. Вторичные глины подразделяют на три основных вида: делювиальные, ледниковые и лессовидные [1, 2, 3]. Агентами переноса делювиальных глин являются дождевые и снеговые воды. Ледниковые глины образовались в результате их переноса ледниками, лессовидные глины - в результате их переноса ветрами [2].
Кроме оксидов алюминия и титана, в глинистом сырье встречаются оксиды железа и титана, которые вызывают его окрашивание в прокаленном состоянии (красящие оксиды). Железистые примеси в глинистом сырье встречаются в виде минералов лимонита, пирита и гидрооксида железа, карбонатов железа. При содержании от 3% и более в восстановительных условиях обжига оксид железа, переходя в закисную форму, снижает температуру обжига и окрашивает изделие в сине 11 зеленоватый цвет. При значительном содержании железа цвет глины после обжига становится более темным вплоть до черного [4].
Оксиды железа содержатся в составе глин в основном в качестве примесей и придают им после обжига различные оттенки желтого и красного цветов, оксид титана - окраску зеленоватых тонов, интенсивность которой зависит от содержания других красящих оксидов. [2, 3] (табл. 4).
При наличии в составе глин сернокислых и углекислых солей щелочных металлов более 0,5% ухудшается формовочная способность глинистого сырья, снижается огнеупорность, а у готовых изделий на поверхности образуется налет белого цвета (выцвет) [1, 2, 6].
Присутствие в составе глин солей щелочеземельных металлов в виде карбонатов и сульфатов в количестве более 2,5% является вредными примесями, которые понижают огнеупорность глин, уменьшают интервал спекания, увеличивают усадку, повышают пористость обожженных изделий, снижают морозостойкость и прочность готовой продукции [3,6].
По минералогическому составу Р. Грим в глинах выделяет аллофановые минералы, которые являются аморфными по отношению к рентгеновским лучам. Данные компоненты обычно не имеют определенного химического состава. К глинистым минералам с определенной степенью кристалличности Р. Грим относит каолинитовые, галлуазитовые, монтмориллонитовые, иллитовые, хлоритовые, смешаннослойные минералы, а также аттопульгит, сепиолит и др. [6]. Структурная формула данных минералов представлена в табл. 5. В глинах может наблюдаться следующее сочетание слоев [1]: - один тетраэдрический и один октаэдрический (диформный; обозначается 1:1); - два тетраэдрических и один октаэдрический (триформный; обозначается 2:1); - два тетраэдрических и между ними два октаэдрических (тетроморфный; обозначается 2:2 или 2:1:1). Сочетание слоев является важным признаком, положенным в основу классификации глинистых минералов. Сочетание слоев 1:1 отмечаются в каолините, галлуазите, дикките и редко встречаемом накрите; сочетание 2:1 характерно для слюды, гидрослюды и других иллитовых минералов; сочетание слоев 2:2 наблюдается в минералах хлоритовой группы - пенине, клинохлоре и др.
В тетраэдрических и октаэдрических слоях может иметь место изоморфное замещение. В октаэдрическом слое каолинита ион алюминия частично за 14 мещается ионом железа. В иллитах - ион кремния может быть частично замещен алюминием, а ион алюминия в октаэдрическом слое - ионами магния, железа и др. Причем замещение иона алюминия, например, ионом магния может быть двояким: один ион алюминия замещается одним ионом магния или два иона алюминия - на три иона магния. В зависимости от особенностей замещения могут образовываться две разные структуры глинистых минералов: -слоистые (филлосиликаты); -слоисто-ленточные силикаты.
В соответствии с этой классификацией класс слоистых глинистых минералов по сочетанию слоев 1:1; 2:1 и 2:1:1 делится на три типа: каолинит, хлорит, слюду. Типы делятся на группы и структурные серии.
По соотношению оксидов алюминия и кремния, а также по сумме щелочных, щелочноземельных оксидов, а также оксидов железа в работе Августин-ника А.И. предложена диаграмма, по которой можно определять области использования глинистого сырья [1] (рис. 1).
Из рис. 1 видно, что для получения высококачественных строительных материалов глинистое сырье должно содержать до 0,2 массовых долей оксидов алюминия и кремния. Однако, содержание других оксидов не должно суммарно превышать 0,4 массовых долей.
В настоящее время запасы высококачественного сырья истощились, а в Белгородской области месторождения высококачественных глин практически отсутствуют. В этой связи изыскание возможности использования местных источников глинистого сырья для производства стеновых строительных материалов является актуальной задачей.
Исследование влияния железистых кварцитов КМА на дообжиговые свойства глинистых масс
На ближайшую перспективу жилищное строительство отнесено к числу важнейших национальных приоритетов. Перспективы развития жилищного строительства связаны с тем, что предполагается перепрофилирование предприятий домостроения и организация выпуска эффективных конструкций и изделий для домов различных архитектурных строительных систем, позволяющих применять для устройства наружных стен, как панели, так и мелкоштучные изделия; использование трехслои-стых эффективных наружных конструкций; дальнейшее развитие практики малоэтажного строительства с использованием мелких конструкций, монолитных и сборно-монтажных технологий с креплением и оставляемой опалубкой из пе-ностирола, арболита и других материалов; выпуск широкой номенклатуры эффективного керамического кирпича, изделий из ячеистого бетона, цементно-песчаных стеновых блоков, других современных стеновых, кровельных и др. материалов.
В связи с этим актуальной для промышленности строительных материалов является задача технического перевооружения существующих в стране предприятий, расширение сырьевой базы, освоение новых технологий и организация производства более дешевой конкурентоспособной и качественной продукции [11].
Потребность строительной индустрии в стеновых керамических материалах постоянно возрастает. Однако уровень производства этой продукции значительно отстает от растущих потребностей народного хозяйства [12].
Эффективными марками строительного кирпича являются Ml 50, М175 и М200. Однако доля кирпича этих марок в общем выпуске составляет только 10-15%. Развитие строительства в РФ ставит перед промышленностью строительных материалов задачу производства высокомарочного кирпича М200, М250 и МЗОО, а также выпуск кирпича для строительства вспомогательных помещений из низкосортного глинистого сырья.
В России и за рубежом интенсивно проводятся работы по внедрению современного оборудования, механизации и автоматизации производства, улучшению технологии производства стеновой керамики [13-19].
Качество стеновой керамики в значительной степени определяется качеством сырьевых материалов. Основным сырьем для ее производства являются глинистые породы, представленные легкоплавкими глинами, суглинками, аргиллитами, сланцами, трепелами, диатомитами и т.д. При производстве лицевого кирпича также используются светложгущиеся глины.
Свойства глинистого сырья регламентируются ГОСТ 26594-85 [20]. Основными показателями технологических свойств глинистого сырья, определяющего его качество являются: пластичность; гранулометрический состав; химический и минеральный состав; дисперсность глинистой составляющей; содержание крупнозернистых, в том числе карбонатных включений; усадка; степень спекаемости; прочностные характеристики обожженного изделия.
Глинистое сырье основной массы месторождений средней полосы Европейской части России характеризуется высоким содержанием грубодисперсных примесей (запесоченностью), что обуславливает высокую чувствительность к сушке. Глинистое сырье Карелии, Архангельской и Мурманской областей имеет высокую карьерную влажность и поэтому стеновая керамика на основе этого сырья имеет низкую морозостойкость. Глинистое сырье государств Средней Азии и части Западной Сибири России представлено лессами и тощими суглинками. Стеновая керамика, полученная на их основе, характеризуется неудовлетворительной трещиностойкостью и низкой прочностью. Для повышения качества готовых изделий в сырьевую массу требуется введение корректирующих компонентов.
Наиболее качественное глинистое сырье находится в основном на бывшем постсоветском пространстве - в Украине, странах Балтии, а также на Северо-западе России. В связи с тем, что при производстве стеновых керамических материалов
обычно используется низкокачественное глинистое сырье, требующее корректировки природного состава, задача по дальнейшему расширению сырьевой базы корректирующих добавок остается весьма актуальной.
В качестве сырьевых материалов при производстве керамического кирпича используют глинистое сырье, содержащее аргиллитовые и кремнисто-опаловые (трепелы и диатомиты) породы. Кремнисто-опаловые породы имеют следующий химический состав (масс. %): SiC 2 - 70-85; А12Оз - 5-13; Ре2Оз - 2-5; СаО — 0,5-5; MgO — 0,5-3; п.п.п. — 4-8. По зерновому составу они приближаются к глинам и являются породами осадочного происхождения. Наличие глинистых частиц придает трепелам и диатомитам высокую пластичность, что позволяет их использовать при производстве пустотелого и полнотелого кирпича пластического формования и полусухого прессования [21]. Также в качестве основного сырьевого материала при производстве стеновой керамики могут быть использованы аргиллиты [22].
Наиболее традиционными для кирпичных заводов корректирующими компонентами являются песок, древесные опилки, уголь и отходы углеобогащения [23].
В зависимости от влияния на технологический процесс, свойства сырьевых масс и готовых изделий, корректирующие компоненты подразделяют на следующие группы [13, 23]: - пластификаторы, улучшающие формовочные свойства сырья; - отощители, улучшающие сушильные свойства сырьевых масс; - плавни, снижающие температуру обжига, повышающие прочность и морозостойкость; - топливосодержащие добавки, уменьшающие расход топлива и повышающие качество готовой продукции; - добавки, корректирующие цвет обожженных изделий и предотвращающие выцветы на их поверхности;
Исследование потребительских свойств стеновой керамики, декорированной методом плазменной обработки
Так, показатель водопоглощения керамического черепка составил более 14%, что не соответствует требованиям стандарта на готовую продукцию.
Кроме того, опытные образцы характеризуются относительно низкой объемной массой, колеблющейся в пределах 1780-1846 г/м , а также низкими прочностными характеристиками, особенно устойчивостью на изгиб (2,2-4,2 МПа). Удовлетворительными показателями свойств характеризуются только образцы кирпича на основе глины Краснояружского месторождения.
Для улучшения формовочных и сушильных свойств глинистого сырья с целью повышения качества стеновых керамических материалов, необходимо применение корректирующих компонентов, позволяющих направленно формовать кристаллизационную структуру глинистых масс.
В данном подразделе исследовано влияние обогащения местного глинистого сырья железистыми кварцитами КМА различных фракций на дообжиговые свойства глинистых масс:
Показатели указанных свойств определяют качество готовых изделий, т.е. процент их выхода после пластического формования. Формовочная влажность является одним из важнейших технологических дообжиговых свойств глин и глинистых масс. Обычно под формовочной влажностью понимают количество воды, необходимое для придания керамической массе или глине нормальной рабочей консистенции, при которой глиняное тесто проявляет пластические и формовочные свойства, сохраняя без деформации приданную форму. Оптимальной считается формовочная влажность, когда глиняное тесто при раскатывании не прилипает к металлу и рукам.
Предел прочности при сжатии и изгибе глинистого сырья обусловлен связующей способностью глин и глинистых масс.
Связующая способность сырья имеет важное значение для формирования прочностных характеристик сырца, которые проявляются при садке необожженных изделий на печные вагонетки и при транспортировке в печи.
Чувствительность глин и глинистых масс к сушке отражает способность сырца противостоять без образования трещин и деформаций удалению усадочной воды и характеризуется коэффициентом чувствительности.
Воздушная усадка может выступать как самостоятельный показатель сушильных свойств глинистого сырья, так и в качестве необходимого элемента для определения критической влажности глин по методу А.Ф. Чижского.
Трещиностойкость является обобщенным показателем дообжиговых свойств глинистого сырья и в конечном итоге определяет качество готового изделия после обжига, так как в процессе обжига даже незначительные сушильные трещины в процессе огневой усадки не только проявляются, но и увеличиваются. Трещиностойкость может характеризоваться периодом облучения мощным лучистым тепловым потоком до момента возникновения в нем трещин. Период облучения в секундах принят за критерий трещиностойкости «П». При низкой трещиностойкости «П» составляет менее 60 с; при средней трещиностойкости «П» лежит в пределах 60-130с; при высокой трещиностойкости «П» - более 130 с. Как указано ранее глинистое сырье местных источников имеет низкие показатели дообжиговых свойств.
Для улучшения дообжиговых свойств в состав глинистого сырья местных источников нами введены корректирующие добавки на основе отходов обогащения железистых кварцитов КМА. В ранее цитируемых работах [79] по использованию отходов КМА в керамической промышленности отмечено, что оптимальное их количество в составе масс достигает 20-30 %, однако влияние фракций различных составов на дообжиговые свойства практически не исследовалось. Как показали выполненные нами предварительные эксперименты, использование отходов КМА без разделения их на фракции не дает положительного эффекта. Однако раздельное использование фракций гранулометрического состава 0,06-0,25 мм и 0,25-3,0 мм позволяет существенно повысить дообжиговые свойства глинистого сырья местных месторождений. Нами предложено снизить количество корректирующих добавок в составах глинистого сырья до 10-15 % в зависимости от их гранулометрического состава, что очень важно для регулирования дообжиговых свойств глинистых масс.
Положительное влияние отходов обогащения железистых кварцитов КМА на прочностные характеристики высушенных масс объясняется улучшением реотехнологических характеристик глинистых масс [74]. К основным рео-технологическим характеристикам относят пластичность, эластичность и период истинной релаксации, определяемые при помощи полученных из опыта независимых реотехнологических констант: модуль упругой деформации Ej; эластичный модуль Е2; вязкость г] и условно-статический предел текучести Rki [74]. Теоретические основы определения данных параметров, применительно к глинистым пастам разработаны в институте коллоидной химии и химии воды АН Украины под руководством Н.Н. Круглицкого и СП. Ничипоренко [121]. Выше указанные реотехнологические характеристики и константы не являются предметом исследований в данной диссертационной работе.
На основе проведенных предварительных исследований нами предложено оценивать глинистое сырье следующими показателями свойств: формовочная влажность, прочность при сжатии и изгибе, чувствительность к сушке, воздушная усадка и трещиностойкость.
Нами выявлено, что как отощающий компонент отходы КМА гранулометрического состава 0,06-0,25мм с оптимальным содержанием 10 мас. % в глине Бессоновского месторождения снижают формовочную влажность с 21,0+0,1% до 18,2+0,1% и воздушную усадку с 5,2±0,1% до 3,8+0,1% (рис. 4). свойства а) глины Бессоновского месторождения; б) глины Волоконовского месторождения 1-прочность при сжатии, Ясж., МПа; 2-прочность при изгибе, Ііизг., МПа; 3- чувствительность к сушке, Кч; 4-воздушная усадка, а, %; 5-формовочная влажность, W, %; 6- трещиностойкость, П, с. Исследование также показало, что отходы обогащения железистых кварцитов
КМА понижают чувствительность к сушке и воздушную усадку, понижают трещи ностокость и повышают прочность образцов после сушки (105С) (рис. 4, 5).
Нами предложено фракцию отходов обогащения железистых кварцитов гранулометрического состава 0,06-0,25мм использовать в качестве корректирующих добавок для сильно запесоченных глин Бессоновского и Волоконовского месторождений. Для глин с низким содержанием кварца нами предложено использовать отходы обогащения железистых кварцитов фракций 3,0-0,25 мм.
Выявлено, что прочность при сжатии и изгибе образцов на основе глины Бессоновского месторождения достигала максимальных значений 6,9±0,1 МПа и 2,1±0,1 МПа соответственно при содержании 10 мае. % отходов КМА (рис. 4).
Образцы с содержанием 15 и 20 мае. % отходов КМА имели прочность на сжатие и изгиб несколько ниже. Это объясняется снижением доли глинистых минералов в керамических массах, что привело к уменьшению их связующей способности.
Кроме того, установлено, что отходы обогащения железистых кварцитов КМА фракций 0,25-0,06 мм в количестве до 10 мас. % в составе глинистых запесоченных масс положительно влияют на их дообжиговые свойства. Так, уменьшается чувствительность глинистых масс к сушке, повышается трещиностоикость, снижается на 1,5-2,5% воздушная усадка, а прочность сырца повышается на 10-20%.
Отходы обогащения железистых кварцитов КМА в количестве 15 мае. % фракций 0,25-3,0мм в составе глинистых масс с низким содержанием свободного кварца существенно снижают воздушную усадку (до 4%) и коэффициент чувствительности к сушке, повышают прочность сырца при сжатии и изгибе. Технологически обоснованным является введение в состав глинистых масс от 10 до 15% отходов обогащения железистых кварцитов КМА в зависимости от размера фракции.
Опытно-промышленные испытания стеновой керамики на основе местных источников сырья и отходов КМА НО
Как видно из табл. 30 в группу функциональных свойств стеновой керамики кроме прочности на сжатие и изгиб, включены плотность керамического черепка, плотность декоративного покрытия и водопоглощение керамического черепка.
Обоснованием является то, что прочностные характеристики стеновой керамики зависят от плотности и пористости керамического черепка, а косвенным показателем плотности и пористости является водопоглощение. Методики определения этих свойств регламентированы ГОСТ 8462, ГОСТ 7025 [128, 129]. Это позволит более объективно оценивать уровень качества и конкурентоспособности стеновой керамики.
В действующей номенклатуре показателей свойств надежность стеновой керамики предлагается характеризовать долговечностью и сохраняемостью, которая зависит от ее морозостойкости. Однако в процессе эксплуатации кирпич подвергается попеременным циклам замораживания и оттаивания, а также длительному термоциклированию. В связи с этим нами предложено оценивать долговечность стеновой керамики не только показателем морозостойкости, но и показателем термостойкости. Кроме того, так как микротвердость лицевой поверхности стеновой керамики отражает устойчивость изделия к ударным нагрузкам и царапанию, то данный показатель нами также предложено включить в группу надежности.
Известно, что различие термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) керамического черепка и глазурного слоя более чем на 5% приводит к возникновению значительных напряжений в покрытии и снижает его прочностные характеристики. В связи с этим показатель ТКЛР глазурованного слоя и черепка, по нашему мнению, является составляющей, характеризующей долговечность лицевого слоя стеновой керамики.
Сохраняемость стеновой керамики в существующей номенклатуре потребительских свойств характеризуется химической стойкостью керамического черепка и глазурованного слоя. Нами предложено группу свойств, характеризующих сохраняемость кирпича, дополнить показателями водостойкости, кислотостойкое и щелочестойкости, что связано с влиянием неблагоприятной внешней среды.
Эргономические свойства стеновой керамики обычно характеризуются показателем гигиеничности. Нами предложено данный показатель характеризовать следующими единичными показателями: загрязняемостью, пористостью керамического черепка и пористостью декоративного покрытия. В соответствии с требованиями ГОСТ 530 показатель водопоглощения нормируется для рядового и лицевого кирпича и должен быть не менее 6% и не более 14%. Однако значения показателей загрязняемости не нормируются.
Эстетические показатели стеновой керамики носят достаточно специфический характер и могут характеризоваться товарным видом самого изделия и качеством лицевой поверхности. В связи с этим, группа эстетических свойств включает: целостность композиции, совершенство производственного исполнения и стабильность внешнего вида. Целостность композиции стеновой керамики нами предложено характеризовать цветом и блеском (матовостью) лицевой поверхности, ее фактурой, цветом самого керамического кирпича.
Совершенство производственного исполнения и стабильность внешнего вида изделия может характеризоваться четкостью формы и граней кирпича, однородностью цвета керамического черепка и толщиной декоративного лицевого покрытия.
В группу свойств безопасности изменений и дополнений нами не вносилось. Свойства безопасности характеризуются радиоактивной безопасностью. В соответствии с требованиями ГОСТ 30108 удельная эффективная активность естественных радионуклидов (АЭфф.) для материалов, использующихся во вновь строящихся жилых и общественных зданиях, не должна превышать 370 Бк/кг.
К показателям безопасности также относятся огнестойкость (теплостойкость) и механическую безопасность. По ГОСТ 30244 кирпичи и камни керамические относят к группе негорючих строительных материалов. Огнестойкость характеризуется плавкостью керамического черепка и глазурного слоя. Механическая безопасность характеризуется массой самого изделия. На основе обобщения научных сведений и результатов собственных исследований нами дополнена классификация способов глазурования (ангобиро-вания) стеновой керамики (рис. 22).
