Введение к работе
з
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Кирпич - традиционный строительный материал, который производится и применяется не одно тысячелетие, но и сегодня он по-прежнему находит широкое применение для сооружения различных зданий и сооружений. Современный рьшок предлагает большое разнообразие цветов и форм керамического кирпича, которые придают зданиям неповторимый облик. Южная часть России насыщена большим количеством легкоплавких глин с высоким содержанием соединений железа, которые с успехом применяются в производстве керамического кирпича, но цветовая гамма их представлена только красно-коричневыми тонами. Разнообразить ассортимент продукции в этом случае возможно лишь за счет разнообразия форм изделий. Поэтому керамический кирпич светлых тонов из красножгущихся глин является наиболее востребованным и актуальным материалом в современном строительстве.
До настоящего времени известные способы получения декоративного кирпича не позволяли производить кирпич светлых тонов из красножгущихся глин с относительно большим содержанием соединений железа. В данном случае необходим качественно новый подход к существующим и общепринятым технологиям производства лицевого керамического кирпича, выражающийся в отбеливании черепка и получении на его основе кирпича светлого цвета. При этом технико-эксплуатационные свойства изделий не должны ухудшаться и выходить за пределы требований ГОСТ для лицевого керамического кирпича.
Так как керамический кирпич эксплуатируется на протяжении многих десятилетий, то в течение времени происходит частичное разрушение его лицевой поверхности из-за действия атмосферной среды. Используя глазурованный кирпич в кладке зданий и сооружений можно не только продлить срок их службы, но и придать зданиям неповторимый архитектурный дизайн. Однако до настоящего времени керамический кирпич глазуровали в основном свинецсодержащими глазурями, производство которых является токсичным и неприемлемо в современных условиях. В связи с этим исключительно важно разработать легкоплавкую прозрачную боро-силикатную матричную фритту, не содержащую свинец, для глазурного покрытия для лицевого керамического кирпича из красножгущихся глин как красно-коричневого цвета, так и отбеленного.
В связи с изложенным тема диссертационной работы является весьма актуальной. Настоящая работа проводилась по плану фундаментальных НИР научного направления 1.14 Южно-Российского государственного технического университета (Новочеркасского политехнического института): «Разработка теоретических основ ресурсосберегающих технологий новых тугоплавких неметаллических и силикатных материалов: композиционных, керамических, стекломатериалов и вяжущих» с учетом современных тенденций развития отрасли. ~~Т~ЦЇ „ ион АЛЬнХіП
I 'библиотек* J
I COetepty
J qs ні/
ЦЕЛЬ РАБОТЫ; разработка способов производствадекоративного лицевого керамического кирпича из легкоплавких глин с высоким содержанием железа и его глазурования синтезированной бессвинцовой легкоплавкой глазурью в системе R20-RO-B203-Al203-SiOi,
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
изучить влияние различных материалов, содержащих карбонат кальция, в комплексе с минерализующей добавкой хлоридов или карбонатов щелочных металлов на процесс спекания и отбеливания черепка на основе легкоплавких глин с высоким содержанием соединений железа;
исследовать механизм отбеливания керамического высокожелезистого черепка и изучить особенности физико-химических процессов, протекающих при обжиге кирпича;
разработать составы керамических масс, позволяющие получать отбеленный лицевой декоративный керамический кирпич с технико-эксплуатационными свойствами, соответствующими требованиям ГОСТ 7484-78;
изучить стеклообразование в системе КгО-ЯО-ВгОз-АІгОз-БіОг для синтеза легкоплавкой борсодержащей алюмосиликатной фриттованной глазури для лицевого керамического кирпича;
разработать технологию производства декоративного лицевого керамического кирпича светлых тонов, а также установить оптимальные технологические параметры его глазурования.
разработаны научные основы технологии лицевого декоративного керамического кирпича, заключающиеся в отбеливании красножгуще-гося черепка при обжиге с применением СаСОз в составе шихты и добавки минерализатора, а также его глазуровании синтезированной бессвинцовой легкоплавкой глазурью в системе R2O-RO-B2O3- Al203-Si02;
установлено, что интенсификация спекания керамического черепка при комплексном присутствии СаСОз и добавки минерализатора в виде хлорида или карбоната щелочных металлов обусловлено ускорением как твердофазовых, так и жидкофазовых процессов за счет плавления минерализаторов и образующихся легкоплавких соединений в интервале температур 607-800 С. Показано, что эффективность спекания и отбеливания черепка при этом наибольшая при вводе хлоридов Li, Na, К, а не их карбонатов, которая снижается в следующей последовательности LiCl-»NaCl-»KCl и 1л2СОз-> Na2C03->K2C03;
выявлено, что радикальное изменение цвета красножгущегося черепка, т.е. его отбеливание обеспечивается при совместном содержании в керамической массе СаС03 в виде высококальциевого отхода или мела и минерализатора - хлоридов или карбонатов щелочных металлов Li, Na, К. Наличие этого комплекса обеспечивает плавление ряда легкоплавких соединений, таких как СаС12 и Ме2СОз, MeFe02 (Me - Li, Na, К), обусловли-
вающих образование низкотемпературного расплава и увеличение его количества. В образовавшемся микрорасплаве растворяются содержащиеся в составе глины гематит и другие железосодержащие фазы, которые при охлаждении кирпича фиксируются в стеклофазе, что нейтрализует их окрашивающую способность;
- исследовано стеклообразование в системе R2O-RO-B2O3- АЬОз-
Si02, на основе которой и разработана легкоплавкая бессвинцовая глазурь
для декорирования лицевого керамического кирпича из красножгугцихся
легкоплавких глин.
разработаны составы керамических масс для получения отбеленного лицевого керамического кирпича на основе красножгугцихся глин Губского и Каменнобродского месторождений, содержащих до 6% Fe203, с применением в составе шихты добавок: 15...20% СаСОз в виде мела и 0,2...0,7% минерализатора - хлорида или карбоната щелочного металла, на которые подана заявка на изобретение о выдачи патента РФ;
синтезировано глазурное покрытие на основе стеклофритты, разработанной в системе R2O-RO-B2O3- АЬОз-ЗіОг, для керамического кирпича из красножгугцихся глин различных месторождений;
предложены способы получения лицевого декоративного керамического кирпича, для чего разработаны составы керамических масс и легкоплавкой бессвинцовой глазури для получения лицевого кирпича, которые апробированы в опытно-промышленных условиях на ОАО «Губ-ский кирпичный завод», ООО «Новочеркасскстром», НПЦ «Силикат» (акты прилагаются).
результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в лекциях по специальному курсу, в лабораторном практикуме и дипломном проектировании - выполнено в 2003 - 2004 г. 5 научно-исследовательских работ.
разработанные составы отбеленного лицевого керамического кирпича на основе легкоплавких красножгущихся глин и синтезированной легкоплавкой прозрачной бессвинцовой боросиликатной глазури;
физико-химические особенности твердофазовых и жидкофазовых процессов спекания керамического кирпича при совместном присутствии СаСОз в виде мела в качестве компонента шихты и добавки минерализатора;
данные о возможности стеклообразования в системе R20-RO-В2О3- АЬОз-ЗЮг в зависимости от содержания основных компонентов;
зависимость технических и эстетико-потребительских свойств отбеленного и глазурованного керамического кирпича от различных технологических факторов;
результаты опытно-промышленных испытаний по разработанной технологии получения отбеленного лицевого керамического кирпича и его глазурования с помощью синтезированного глазурного покрытия.
ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВИССЛЕДОВАНИЙОБЕС-ПЕЧЕНА:
согласованностью полученных результатов с фундаментальными положениями строительного материаловедения, а также соответствием экспериментальных данных и научных выводов общепринятым положениям, опубликованным в авторитетных изданиях;
использованием современных методов математического планирования эксперимента для моделирования состава стекломатрицы глазурного покрытия;
использованием в экспериментальных исследованиях современных методов испытаний с применением поверенного оборудования и стандартных методик в сочетании с комплексом физико-химических методов исследований фазового состава и структуры материала;
поверкой основных экспериментальных исследований независимыми испытаниями, выполненными в ООО «Новочеркасскстром», ОАО «Губский кирпичный завод», НПЦ «Силикат».
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ: Материалы диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском совещании, г. Санкт-Петербург, 2002 г.; Международном студенческом форуме, г. Белгород, БелГТАСМ, 2002 г.; 52-й научно-технической конференции студентов и аспирантов ЮРГТУ (НПИ), г. Новочеркасск, 2003 г.; Международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и стройиндуст-рии», г. Белгород, БелГТАСМ, 2003 г.; II Международном форуме «Образование, наука, производство», г. Белгород, БГТУ им. В.Г. Шухова, 2004 г.
ПУБЛИКАЦИИ: по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, а также принята к рассмотрению заявка №2004114927/03(015994) с приоритетом 17.05.2004 г. на патент РФ на изобретение.
ОБЪЕМ РАБОТЫ: работа состоит из введения, 5 глав, общих выводов. Она изложена на 150 страницах машинописного текста и содержит 24 рисунка, 27 таблиц, список литературы из 154 наименований и приложений на 4 страницах.
