Введение к работе
Актуальность работы. Керамический кирпич является одним из основных стеновых изделий, к которому предъявляются все большие требования. Это неудивительно, так как доля керамического кирпича в общем объеме производства стеновых материалов составляет около половины и в перспективе снижаться не будет. Однако уже сейчас наблюдается повышенный спрос, который будет нарастать на изделия с улучшенными теплотехническими характеристиками и средней плотностью 800-1200 кг/м3, а также на лицевой кирпич с разнообразной окраской.
Увеличение выпуска керамического кирпича ограничивается сырьевой базой. В настоящее время в качестве основного сырья для производства стеновых керамических изделий, согласно ГОСТ 530-95, рассматриваются глинистые породы, лессы, промышленные отходы (угледобычи, углеобогащения, золы, шламы и др.) и кремнеземистые породы - трепела и диатомиты. Наибольшее значение в силу распространенности имеют, безусловно, суглинки. Однако, несмотря на это, большинство кирпичных заводов испытывает трудности именно с сырьем. Объясняется это несколькими причинами. Во-первых, большая часть качественного глинистого сырья для получения стеновой керамики уже выработана. Предприятиям приходится использовать сырье, содержащее карбонатные, сернистые примеси, обладающее неудовлетворительными керамическими свойствами (высокой чувствительностью к сушке, большой усадкой и т.д.). Во-вторых, в силу своего генезиса суглинки, имея небольшую мощность отложений и покрывая почти сплошным чехлом дочетвертичные породы, очень изменчивы по вещественному составу и свойствам. Следствием этого является усложнение технологии, применение регулирующих добавок и весьма ограниченный выпуск лицевых керамических изделий.
Одним из перспективных путей как с научной точки зрения, так и с практической частичного решения триединой задачи - снижения средней плотности изделий, себестоимости и расширение сырьевой базы, на наш взгляд, является использование в качестве сырья для стеновой керамики кремнистых опал-кристобалитовых пород - опок, имеющих широкое распространение во многих регионах России и дающих после обжига в основном светлый черепок. Эффективность их использования возрастает в связи с тем, что в данном случае возможно полусухое прессование, которое, как известно, позволяет снизить себестоимость продукции в 1,3-1,5 раза в сравнении с пластическим способом формования. В связи с изложенным тема диссертационной работы является актуальной и соответствует современным технико-экономическим требованиям.
Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованных технологических параметров получения пористо-пустотелых стеновых керамических изделий со средней плотностью 800-1200 кг/м3 на основе опок.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- изучить подробную классификацию опок и нтлттргттт, тптя иг г ттр давании
типичные литологические разности; Р0С'г^?.тсі/\ '
С-Петербург ОЭ гООРакт^-'Ь
исследовать керамические свойства опок различных литологических разностей при разной степени технологической переработки;
определить модифицирующие добавки, улучшающие свойства сырья и готовых изделий;
установить зависимости физико-механических свойств сырца и обожженных изделий от степени переработки, вида сырья и количества добавок;
исследовать совместное влияние рецептурно-технологических факторов на свойства изделий;
исследовать фазовые превращения и механизм структурообразования аморфного кремнезема при обжиге опок;
- разработать номограммы, раскрывающие зависимости основных
свойств материала от рецептурно-технологических факторов, что являет
ся основой для прогнозирования качественных характеристик изделий в
зависимости от вида сырья и технологических параметров;
выполнить производственную проверку результатов исследований при выпуске опытно-промышленной партии изделий;
изучить основные строительно-эксплуатационные свойства полученных стеновых изделий;
- оценить технико-экономическую целесообразность и эффективность
получения стеновой керамики на основе опок и модифицирующих доба
вок.
Научная новизна работы заключается в следующем:
научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования опок в качестве сырья для стеновой керамики со средней плотностью изделий 800-1200 кг/м3;
установлена положительная роль пластифицирующих добавок при полусухом прессовании пресспорошка на основе различных литологических разностей опок для получения возможно более равноплотного и прочного черепка;
установлены зависимости между химико-минеральным составом, структурой опок и свойствами изделий, полученных на их основе;
выявлены основные закономерности фазовых и структурных преобразований опалового кремнезема опок в кристобалит при обжиге;
- выявлены особенности основных технологических параметров произ
водства и разработана принципиальная технологическая схема.
Практическая значимость работы состоит:
в значительном расширении минерально-сырьевой базы промышленности стеновых керамических изделий;
в снижении топливо-энергетических затрат при производстве и как следствие получении изделий с более низкой себестоимостью;
в снижении затрат на отопление зданий и сооружений, построенных из изделий с улучшенными теплотехническими характеристиками;
- в разработке рекомендаций по использованию кремнистых опал-
кристобалитовых пород - опок для производства стеновых керамических
изделий;
в разработке условной классификации опок как сырья для стеновой керамики;
в разработке технологической схемы производства, укомплектованной отечественным оборудованием и позволяющей с минимальными затратами производить техническое переоснащение существующих предприятий и строительство новых предприятий;
в получении лицевого кирпича светлых оттенков - желтого, розового, бежевого.
На защиту выносятся:
- результаты экспериментальных исследований влияния химико-
минерального состава и структуры опок на свойства получаемых керами
ческого черепка;
результаты экспериментальных исследований влияния основных рецеп-турно-технологических факторов на структурообразование и свойства керамического черепка;
установленное явление разноплотности керамического черепка при полусухом прессовании и её влияние на прочностные характеристики изделий;
установленная степень влияния ПАВ на равно плотность черепка и как следствие повышение прочности изделий;
выявлен механизм преобразования опалового кремнезема при обжиге опок;
результаты опытно-промышленной проверки лабораторных исследований и оценка экономической целесообразности и эффективности производства и применения пористо-пустотелых стеновых изделий на основе опок.
Достоверность полученных результатов подтверждается применением современных методов исследования; статистической обработкой экспериментальных данных, обеспечивающих доверительную вероятность 0,95 при погрешности измерений менее 10 %; использованием поверенных и аттестованных приборов и средств измерений; результатами независимых испытаний стеновых изделий, выпущенных в производственных условиях.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных научно-практических конференциях «Строй-тел ьство-2004», «Строительство-2005», г. Ростов н/Д, на восьмых академических чтениях РААСН «Современное состояние и перспективы развития строительного материаловедения», г. Самара 2004 г., на VII и Vm научно-практических конференциях в области технологии художественной обработки материалов, г. Златоуст, 2004 г. и г. Москва, 2005 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, а также приняты к рассмотрению заявки на патенты РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованных литературных источников из 166 наименований и приложения. Работа изложена на 173 страницах, включает 35 рисунков и 25 таблиц.
