автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Керамический кирпич из углеотходов

КАЗАХСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ

РТБ ОЙ

/ ^ ИЮП На правах рукописи

ОС ¡ХАНОЕ Амангельды Кааырбаевич

КЕРАМИЧЕСКИЙ КИРПИЧ ИЗ УГЛЕОТХОДОВ

05.23.05. Строительные материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диосэртапии на соискание ученой степэли кандидата технических наук

л м а т ы

г 9 9 4 г.

Раб; за ¿¡ыяолнева в Иззахскоя Государственной архитектурно - строительной академии.

Научные руководители: - доктор технических наук,

профессор С. Ж. С-АЯЪТЛАТОВ.

- кандидат химических наук, доиент К. X Н7РГ0МЕВ

Официальные ояясяентыг - академик, доктор технических

наук, профессор В. Ы. 2РУЛ2Е,

- кандидат технических наук, доцент А. Г. ЕЕГЛОЕ

Еедуцее предприятие-: - Государственна.? холдинговая

компания

"Курылыс материалдары" (г. А д ы iv т ы)

Зашита состоится ИЮНЙ_г. ? "Щ.00 " чао.

на заседании спениадигирозанного Совета Д 14. 03. 01. в Казахской Государственной грхитектурно- строительной академии по адресу: 48004«. г. Алматы, ул. К. Рыскулбекова, 28.

О диссертацией моако ознакомиться в библиотек-- Казахской Государзтвенксп архитектурно- строительной академии.

Отгивь и замечания а одном экземпляре, заверенные гер-Зовой 'печатаю, просим направить по адресу: 450043. г. Алм.зты, ул. К. ?кок;-'дбекова» 28, КааГАСА, специализированный Совет.

Автореферат разослан " 25"____МАЯ Г594 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических, наук, доцент

- о _

ОЕМЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований определяется созданием угле-зтхсдоемких эффективных керамических строительных материалов техногенных продуктов тспливно- энергетической промышленности и разработкой их ресурсосберегающей технологии, обеспечивающей сскрашек"'? . расхода телеологического топлива и восполнение дефицита кондиционного глинистого сырья. Кроме того предоставляется возможность улучвить формовочные свойства керамической аюты и качественные показатели самой продукции при сохранении достаточной механической прочности, а именно-, повысить морозостойкость изделий, одновременно снижая их среднюю плотность и обоую уср.дку.

3 аз лом, комплексное использовать "скрпппшх пород а зол от сжигания многогольянх углей а качество ¡керамического тспливссодеряазего органе- минерального -сирйг; для производства керамических стеновых иатериалоз гносэт сукестзенный вклад в решение проблем по утилизации углеотхэдов данного региона и охраны окружающей ерзди. Од:»а;;о по настоящее время для использования золы как плаегкфицируэаее сырье а состав 2гт;хты вводят дефицитные пласгичныэ глзны, а применение эскрывных пород з составе однокоилонентй?йг керамических визст требует дорогостоящего тонкого измельчепня. Исследования по совместному применения вскрыашкх пород арпг-глят- алевролите-зого состава и золы от скигакпя мяогозояаных углей, позволяющие произвести полную замену дефицитного природного глинистого сырья, з производстве. керамических стропильных материалов ранее не проводились, что предопределило актуальность выбранной темы.

Работа провсдилас:. а соответствия с подпрограммой "Комплексное использование отходов добыта я переработки углей", целевой комплексной программой "Рагяовальное комплексное использование минерально- сырьевых ресурсов в народном хозяйстве" на период до 2000 года, утвержденной Госпланом бывшего'СССР от 23,04.87 г. N 58.

Зля достижения поставленной цели были' решены следующие задачи:

- оценка пригодности утлеотхедов - векрызных арп:ллкг- алгь-роаитовых пород и зол как кзраыичбекоге таплквссодеряащего-оргаяа- минерального сырья по результатам исследований их COCTÜÜOB и свойств;

- установление закономерностей нзмеваиаа структурно- реологических еаойста фориоаочньяс масс £ багиаяыогга от состава гокрьштге аргпхлш- алевполитовых пород, ст соотноейикя голы и отходов углёдобшк s керамической шисте;

- удуч»гдие формовочных свойств керздшчзекзх масс ко органо-i;riHspD£b2oro сираи-углеотдодов sa счет управления характеров атруктуросбразовакпя е дйэсеразхд: система:: "вскрыннал кореда-зода- вода";

- испольгование ы*то::эь кзздь&твчэсгсого планирования и физического цодзлирзванкя urjiï касд^дааааци атруктурнз-реолэгииэ-

cíilllí свойств;

- установление влалвия cooseocseus кз^яодгнтоЕ углеотхэдов Павлодар-Эккбастуеского тояливно- энергетического хоиплекса i H5T3íia) es зеняомаосообкгй я сусальны* свойства а-^рсил часках кг да лай;

- оаргд«леяне особенностей шкакенпй термичзеккх свойств ке-Р8:,:лчгскпл образцов к? 7raèO-: ходов ПЗГЭКа 2 завасжс-стп о а- л;>:-толагвческога тгаа вокрыашх лорзд п стдеряг'гиг гс.ш a пягт«?;

- вигвлзгша длйяния йоды - уког ка образованно пористой структуры з KC-paiOT-fSî-uuc материала?: из углзстходсв IB? с'¿а;

- установление bxusíuis температуры оСлига на физик::— ы-лса-ничес;:к^ свойства кэрамичгсш::; материалов из утлзотхолов ПЭТЭКл;

- подбор рак :аЕ2лы::п: составов к разработка тегцолсгичзского раглаиента r.pou?icccsEa йлфектпЕНого кзргиичгсксто кирпича по углготлодс-в' íISTSKa;

- освсзшхг 2 ckltko- условней pscypcccDc-peras-

технология K£p&;££'-ív2:-.oro кирпича углзотдедет ПЭТЗКа. Hay-nía я навиг-иа. На основ-: коыплэксны:-: исолгиований ут-л-гот годов Павлов?-?- гкиС- аст угско г о 77:11-.-. ''калрллнш: аргиллпт-алосролитсвы:: ясрод к вел}, как сгрелл- ллл:; :лного керамн-Чаокогс cup¿s ко луч-;-к уг'-5с'глслс;;;к:1л :лл-ллллнлл керамический кирпич, р»?р25стгя-- и посновала tro " ■: сое per эк/лая технология ;;ри лл-г^тнческо;.' тг.сооб-г ч-р::; сил:,: ь тоь: числе:

-.установлены критерий оценки пригодности углеотходсв ПЭТЭКа для производства керамических строительных материалов по результатам исследований их составов и технологических свойств;

- выявлены закономерности изменения деформационных характеристик формовочных масс в зависимости от состаза вскрышных зргиллит- алевролктовкх пород, от соотнопения золы и отходов угледобычи з керамической пихте;

- установлены оптимальные структурно- реологические свойства формовочных масс иг органа- минерального сырья-углеотходов за счет управления характерен структуросбразоЕшшя з дисперсных системах "вскрышная порода- гола- вода" путем рационального подбора компонентов пихты в зависимости от литслогичес-когс типз вскрышных пород и изменения природы сил, действующих на границе раздела фаз, на основании которых с использованием математического планирования и физического моделирования определены области оптимальных составов, обеепечива-коих бездефектное пластическое формование;

- установлены закономерности изменения коэффициента-диффузии влаги эщ в исследуемых керамических массах в «зависимости от литологического типа вскрыаной породы, содержания золы и количественного соотношения компонентов в шкете;

- определены суиильные сеойствз керамических строительных материалов иг углестходоа ПЭТЭКа, установлена, взаимосвязь мэя-ду этими свойствами и величиной коэффициента диффузии влаги на основании результатов исследований тепломассообмена при сушке керамических образцов из углеотходов различного состава и содержания их компонентов в шихте?

- установлено влияние литологического типа вскрышных аргил-лит-алеаролитовых пород, количественного соотнесения их компонентов и содержания золы, в пихте„ температуры обжига на термические, физико-механические и эксплуатационные свойства керамических стексвых материалов из углеотходов:

- обоснована и экспериментально подтверждена сравнительно высокая морозостойкость и достаточная прочность керамических етенсзых материалов (кирпич полнотелый, кирпич с пустотами.1 из углестхсдов ПЭТЭКа и яреимуиество и.т эксплуатационных свойств, пс сравнения с традиционным глиняным кирпичом.

Зев:® на разработанных технологических решения педтрерл-

- 3 -

двиа редазяием экспертизы N 252® от 28. 12. 1993 г. на выдачу предварительного патента Национального Латентного Ведомства Республики Казахстан. ■

Практическая ценность работы. Предложенные оптимальные составы шихты иэ техногенных продуктов энергетической промышленности и ресурсосберегающая технология керамических строительных материалов позволяют: полностью исключать использование дефицитного кондиционного природного глинистого сырья и ввод технологического топлива в составу шихт, распирать сырьевую Саву керамической проць1ил#нности/ . получ1!ТЬ углеотходсем-кий керамический кирпич ( марка 100.., 150) повыоенной морозостойкости и пониженной плотности.

Разработанная ресурсосберегающая технология керамических стеновых : материалов из техногенных продуктов! Павлодар-Экибастугского T3Kai способствует утилизации' крупнотоннажных отходов угледобычи и зол TSC, что вносит определенный вклад в решение экологической проблемы.' '

Реализация результатов. Рекомендованные составы и технология керамических строительных материалов из техногенных продуктов. Павлодар-Зкибастузского:ТЭКа проверены в 1990 году на опытно- экспериментальном.заводе разреза "Северный" Павлодарской области с выпуском опытно- промывленной партии керамического кирпича сосгава 60 %. вскрыаноя породы аргиллито-вого состава и 40 % зслы и в 1991 году выпущена там же вторая опытно-: промышленная партия эффективного.. керамического кирпича в количестве .28; тыс. штук из составов iuhxtj 1). аргиллит 60 %- года 4Q,;Ь' .2.)^ алевролит зола '15' ,».; .3) переслаивание 7Ъ вола 25 .

Выпутен;-:ый эффективный кера14ачеения . кирпич из . угдеотхо- •• дов ПЭГЭКа при достаточной прочнссти'(Жарка 100,.-150}; характеризуется высокой морозостойкостью ( боле« 80 циклов попеременного замораживания il оттаивания).химической стойкостью (95...97 X) и низкой-плотностью ( 1309...1358 кг/иъ}.

Разработанные"технологический регламент и рекомендации на проектирование и строительство, завода керамического кирпича иэ углеотходов. ПЭТ."?Ка переданы заказчику-.... Научно- техническому центру про,1, ;:шленности строительных материалов "Строминноцентр" г. 'Москва для внедрения в Пзвлодар- ■ Экибас-

тузском регионе Республики Казахстан. J

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены на всесоюзной конференции "Физико- химические проблемы мате риалов еде ни? и новые технологии" (Белгород 1991 г.)-. всесоюзной научно- технической конференции "Использование вторичных ресурсов и местных материалов з сельском строительстве" (Челябинск 1991 год); 1-ой Региональной научно- технической конференции "Проблемы совершенствования производства стеновых материалов с цельи индустриализации строительства и повышения сейсмостойкости зданий" (Бишкек 1991 г.); республиканской научно- практической'конференции "Утилизация промышленных отходов для производства экологически чистых и эффективных строительных материалов" (Розно 1991 год); научно-техническом семинаре "Современные технологии и оборудования заводов малой мощности для производства:домостроительной продукции (Челябинск 1991 год]; республиканской научно-практической конференции "Основные, направления развития региональных строительных комплексов в рыночных условиях экономики" (Гомель 1991 год;; УПК научно-технической конференции профессором- преподавательского состава Новосибирской инженерно- строительной академии (Новосибирск 1992 год); республиканском научно- практическом семинаре- совещании "Экономика строительства и научно- технический прогресс" Алматы 1992 год).

Публикации. Результаты выполненных в диссертационной работе исследований опубликованы в 12 печатных работах и защищены решением на выдачу предварительного патента на изобретение.

На защиту выносятся;

- результаты комплексных исследовани;. составов и свойств техногенных продуктов Павлодар- Экибастугского ТЗКа и критерии оценки пригодности утлэотходов для производства керамических строительных материалов;'

- закономерности изменения структурно- реологических свойств формовочных масс в зависимости от состава вскрышных пород и содержания голы и отходов угледобычи а керамической шихте;

- оптимальные- структурно- реологические свойства фсрмозочных масс л? органе- минерального сырья - углеотходов;

- 3 -

- закономерности влияния влакности керамических масс на значения пластической прочности дисперсных систем "вскрышная порода- зола- вода":

- программы расчетов структурно- реологических характеристик пластических масс яа IBM, модели математического плакирования экспериментов по. оптимизация керамической . шихты с использованием метода регрессионного анализа и физического моделирования деформации пластического течения при постоянных напряжениях сдвига; .,-■...

- закономерности, изменения коэффициента диффузии влаги в исследуемых керамических массах в'зависимости от составов уг-леотходоЕ и содержания их компонентов в шихте;

- взаимосвязь между сушильными .свойствами и величиной. 'Коэффициента диффузии Елаги и рез^ьтаты исследований тепломассообмена при сушке керамического образца- сырца из углеотхо-. дов различного состава .и-'.содержания;..;

.- влияние литслогического типа вскрыаккх пород, ■ количественного соотношения.вскрышных пород и золы б шихте, температуры обжига, на термические характеристики', физико-. механические ц ,эксплуатационные свойства'керамических материалов из углеот-

ХСДСВ;

- оптимальные составы и технологический регламент .производства эффективного керамического кирпича из углеотходов

ПЭТЭКа; .. .;''";'. '•'

- результаты освоения в опытно-промышленных условиях ресурсосберегающей технологии керамических стеновых материалов йэ. ,вскрыи5ных. пс род и еол Павлодар-Экибзстузского ТЭКа, эксплуатационные с-эйства подученных изделий и технике- зкономичес-кую эффективность принятых решений. ; ' . "

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ''. '

Состояние вопроса. В результате' многочисленных работ отечественных и зарубежных исследователей получены керамические становые материалы на основе различных отходов-промышленности,' -в том числе из отходов угольной промышленности.

Однако, по настояс-'е ' время, для ■■-.использования голы s

э -

качестве пластифицирующего сыргя в состав шихты вводят Дефицитные кондиционные глины, а применение Ескрышных пород требует дорогостоящего тонкого измельчения. Поэтому одним из перспективных направлений в технологии получения эффективного керамического стенового материала является одновременное использование в составе керамической шихты вскрышных аргиллит- алевролитовых пород и золы- унос, представлявших собой углеотхолы ПЭТ5Ка,

Специфические деформационные свойства дисперсных систем "глина - вода" определяются способностью систем к структуро-оСрагованию, зависят от характера природы сил, действующих на границе раздела фаз. Основные полодения взаимосвязи строения дисперсной системы "глина - вода" и ее деформационных свойств разработаны академиком П. А. Ребиидерсм.

Анализируя классификацию-определения формовочных свойств водных дисперсий глин по Ничипоренко С.П., где даны б структурно- механических типов, два из которых, 2 и 1, хорошо формуются на ленточных прессах, нами высказано предположение, что универсально- оптимальными формовочными свойствами обладают пластические массы всех 5 структурно- механических типов при характере развития быстрой эластической, медленной эластической и пластической деформаций - 35 Х+ 33 Х+ 32 X и соответствующем их перераспределении.

По настоящее время основные исследования структурно-механических свойств керамических масс, предназначенных для пластического способа формования проведены для систем, состоящих в значительных количествах из глинистых компонентов.

Исследования по совместному применению вскрышных порол угледобычи и зол- унос в технологии керамического кирпича, по определению структурно- реологических свойств углестхсдо-содержащих дисперсных систем "вскрышная порода- зола- пода", регулирование этих свойств путем подбора композиций исходных компонентов ранее не проводились, что определило характер проведенных исследований и легло е основу рабочей г и п о"т е з ы настоящей диссертационной работы.

Составы и свойства сырьевых материалов и методы исследований. Изучение составов и свойств векраяшых пород ЛЭТЗР.а. аргилит-адёвролитового состава и голы- унос от сжигания эк;:-

- до -

бастугеких углей показало, что по минералогическому составу адвврожп относится к каолините- гидрослюдистому» а аргиллит и переслаивание к к&оливито- гидрослюдистому сырьевому материалу е примесью монтмориллонита. Креме глинистой части в пробы: ' вскрышных пород содержится кристаллическая фаза, представленная кварцем, полевыми шпатами и-Карбонатами.

Зола- унос по минералогическому -составу, представлена гл'Иййсиыа зешеством, стеклофазоя, оксидами железа, корундом. В сферических стекловидных частицах наблюдаются единичные игсшчаяиз кристаллы муллита, полевого шпата/, кварца.

По содержанию тонкодисперсных фракций вскрышные породы и аола-уйОС относятся к группе низкодисперсных сырьевых материалов, содержание органического вещества в углеотходах составляет 5...3

По содержанию А12 Оа вскрышные породы (16,51... ¿8,02 >Л и зола-унос .(28,69 %) относятся к классу долукиолых сырьевых материалов. •

Оценка свойств сырьевых материалов, определение физико-механических и эксплуатационных свойств эффективных керамических изделий проводили в соответствии с существующими ГОСТами, о использованием химико-минералогического, структурно- механического, сушильного, рентгенографического, де-рива-тографического, дилатометрического, петрографического, седи-ыентометрического методов.

Определение фяэико-механических свойств готовых изделий проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 530- 80 "Кирпич и камни керамические".

Исследования структурно- реологических свойств. Анализ характера р&звития деформаций дисперсной системы из "аргиллита 100 X" показал, что система относится ко второму структурно- механическому типу и имеет ' следующие показатели упруго-плаотично-вявких констант и модулей быстрой и замедленных обратимых деформаций Е 4 » 12,0 ЫЛа и Е ^ = 3,0 Ша, наибольшей пластической вязкости . « 96,3 у. 10 й Па-с, 'эластичности Я- ^ 0,59, пластичности по Волзровичу Р ^ / г 23,9 х 10 с, периода релаксации 0 =.1989 о п. характеризуется преимущественным раз итием'замедленных обратимых деформаций.

' - 11 -

' Введение в дисперсную систему иг аргиллита- Ш %■. золы- унос приводит к повышению в системе модулей быстрой и замедленной обратимых деформаций Е«дс 25,1 МПа и Еадо 22.2 МДа, наибольшей пластической вязкости до 270 х 10а'Па»с, периода-релаксации 0 до 2216 с. Эластичность и пластичность. по Бола-рсвичу системы снижаются, до 0.53 и Г,.СИ х 10

соответственно. при этом соотношение быстрой?сйратимой и пластической деформаций изменяются, дисперсная: сиетвзла: "аргиллит 30 т.- года 20 %" переходит в первый струкхигна- механический- тип, . . ■ «

Увеличение содержания золы- унос до 40 % сощнадзидзется дальнейшим повышением упруго-пластично-вязких констанпг а модулей быстрой и замедленных обратимых деформаций ЕГ& до 31,1 МПа и £а до 29,7 }£Па, наибольией пластической нянкости до 340 хЮ®* Па-о, периода редаксации 0 до 223Е се.. Эластичность и пластичность по Воларовичу снижаются, Ъ~ дач0,51 и /до 4,41 х 10" с соответственно. Лисперсная система "аргиллит 50 % - зола 40 7." относится к первому структурно-механическому типу, однако доля быстрой обратимой 34,9 % и замедленной обратимой деформации 36,5 X практически равны. • Характеристики . упруго- пластично- вязких свойств дисперсной системы "арпцдит 40 7,- зола 60 %". выхолят из крите-. риальной области.по соотношению видов деформаций система переходит в третий структурно- механический'тип, для которого характерно преобладающее развитие быстрых обратимых деформа-. аий, система подвержена хрупкому разрушению.

Дисперсная система из "алевролита 100 по характеру развития деформаций принадлежит к первому структурно-механическому типу, преимуаеетаеияое развит а имеют, замедленные обратимые деформации. Показатели констант упруг.с- пластично-вязких свойств системы следующие? X " 0,50, -

.7,9 х Ю~&с\ 0-= 2182, Е,« 21,1 ИПа» 18,0 МПа, . ¡^ »

216, 4 X 10® Пз-с. ■ ■ ■ .

Область, удовлетворявшая структурно-механически!! критериям, является дисперсная система, содержащая до 15 1 золы-унос сухого отбора. Так дисперсная система "алевролит 35 % -зола 15 7." имеет показатели эластичности X. - 0,52, периода релаксации 0 - 2275 с. пластичности по Воларовичу 1 " .

(.-> 2,63 х 10 с . модулей быстрой и обратимой деформаций Ел

35,1 ЫПа и Еа = 21,8 ИПа, наибольшей пластической вязкости ^Хл = 280 х 109 Па- с.

В дисперсной системе "алевролит 80 - зола 20 V упруго- пластично-вязкие константы увеличиваются, их соотношения изменяются, эластичность и пластичность по Боларовичу снижаются, по характеру развития деформаций система переходит в третий структурно- механический тип.

Увеличение содержания золы- унос до 40 % приводит к снижению эластичности X, до 0,33, увеличению вязкости XIА до 905 х Ю6Па«е. по соотношению видов деформаций дисперсная система "алевролит 60 % - зола 40 V относится к нулевому структурно- механическому типу и характеризуется хрупким разрушением.

Дисперсная система из переслаивания имеет еледувшие параметры структурно-механических характеристик - эластичности 7- - 0,56, пластичности по Боларовичу * 12.55 х 10 с,

периода релаксации О = 2428 о. По соотношении трех видов деформаций система относится к первому структурно-механическому типу.

Как к в случае с аргиллитом и алевролитом, введение золы- унос в дисперсную систему из переслаивания приводит к изменении показателей структурно- механических характеристик ' при сдвиговой деформации.

Так введение 20 % воды-унос приводит к увеличению показателей модулей быстрой и замедленной обратимых деформаций Ел до 26,1 ЫПа, Ев до 22,3 Шз, вязкости ^ до 234 х Ю8Па-с, периода релаксаций 0 до 2507 с. Эластичность системы снижается до 0,5-1. По соотношеккв трех видов деформаций видов деформаций система "переслаивание 80 л- зола 20 а" сохраняет принадлежность к первому- структурно- механическому типу,

К области, удовлетворяющей структурно-механическим критериям, относится дисперсная система "переслаивание 75 % -• зела 25 X",'однако доли быстрой обратимой 35,9 % и замедленной обратимой деформаций 37,2' % практически райны, Дальнейшее введение золы- унос приводит к изменению соотношения трех видов деформаций .1 система переходит а третий етруктур-'но- механический тип (''переслаивание 60 % - зола 40 %).

Рт,кПа

15 18 20 22 24 25 25

V абс. Д.

Рис. 1. Зависимость пластической прочности Р ш от абсолютной влажности У абс.

1- "аргиллит'сО > зола 40 V; 2- "алевролит 35 зола 15 V; 3- "переслаивание 75 % - зола £5 X";

Оценка влияния влах.-: :сти (V абс) на величину пластической прочности (Р т) была проведена на дисперсных системах, обладающих удовлетворитель нами структурно-механическими критериями - "аргиллит 60 у, - эода 40 "алевролит 65 1 - зола 15 и "переслаивание 75 7. - зола 25 Xй (см. рис.1).

Анализ гиперболических кривых Р и от У абс дисперсных систем "аргиллит 50 - зола 40 Г.", "алевролит 85 7. - зола 15 7." п "переслаивание 75 Хт зола 25 X" показал, что полное развитие гидратяых оболочек происходит з интервале значений ? го 60^. .150 кПа при значениях абсолютной влажности У абс 13... 22 X.

О целью оптимизации технологического процесса формования кирпича- сырца из пластических масс, содержащий вскрыщ-ные породы аргиллит- злевролятозого состава я золу-унос была' поставлена задача по оптимизации состава керамической шихты при 'деформационной нагрузке.''

Выбор оптимального варианта керамической шихты производился по формуле: '

где В- формуемость. X -эластичность пластической массы, Pc-s * пластичность по Воларзрвнчу, С- период ре: лакшш.

>

Неполное квадратичное уравнение для трех Факторов Еарь- • ирсвання выглядит следующим образом;

Y » Ьа+ Ь„ х, + Ьаха+ Ь5Х4+ Ьлгх„х^ xvV (2)

где У - выходной параметр В, хп - входной параметр- эластичность 'К , х д- входной параметр - пластичность по Ёоларовичу > входной параметр-период релаксации Q.

После решения неполного квадратичного уравнения для' трех факторов варьирования уравнение регрессии выглядит следующим образом:

У = 3.31 + 0,51 х, + 0,24.x* - 0.79 x'g Ха (3}

Проверка адекватности подученного уравнения регрессии по F - критерию випера при доверительной вероятности 95 % показало, что полученное уравнение адекватно описывает выбор оптимального состава шихты. ,

Изучение деформации пластического течения показало, что физической моделью реологического поведения пластических масс ир вскрышных пород аргиллит- алевролитсвого типа и эолы-увос.могут'служить симплекс подобия Аг>/%ъ и комплекс подобия SVL / *\А « idem » Re , т. е. критерий Рейнольдов.

Определение составов керамических масс, содержаиих угле-отходы ПЗТЗКа, с учетом тепломассообменкых процессов сушки. Исследование сушильных свойств керамических образцов, отформованных из вскрышных пород*и золы- унос показало,, что длительность теплового облучения для всех образцов состзвила So-

■ -

лее 190 е. что характеризует все составы как малочувствительные и сушке сырье, введение золы-унос в составы вскрышных пород снижает воздушную линейную-усадку. Так, при введении 20 X золы-унос воздушная усадка образцов из аргиллита снияается с 6,1. X до 4,5 X, число пластичности уменьшается с.9,9 до 8,1, Введение 40 X золы-унос снижает усадку' до. 3,8 .X, а. число пластичности до б.З. .

Число пластичности алевролита разно 7,4, образцы имеют . воздушную линейную усадку 5.5 С введением 15 % золы- унос число пластичности снижается до 5,3 , а воздушная усадка до 4.2 ?.. При 20 \ золы- унос пластичность системы снижается до 5,0 , э воздушная усадка до 4,1

Снижение числа пластичности и воздушной линейной усадки введением голы- унос наблюдается у керамической массы "из переслаивания. Пластичность переслаивайся рякяа 7,7, а образцы имеют усадку в 5.5 X. Введение 20 % золы •• унос уменьшают число пластичности до о,9, з усадг'у образцов ДО 4,9 X. Керамическая масса "переслаивание 75 X - зола 25 имеет число пластичности равное 5,2, а образцы из. данного'состава имеют усадку з 4.6 I. •

Исследование зависимости коэффициента диффузии злаги от соотношения компонентов керамической зйХты при постоянной температуре сушки показало чтс С умшЧян№м содержания золы-'унос значение ат зоэ; астает. при температуре в 20 °с значения'адля образцов из аргиллита, алевролита и переслаивания равна (0.373, 1,05 и -56). х 10. м*. /ч соответственно. При введении 20 X золы- унос э исходные составы значение зт возрастает до (1,02, 1,1 и 1,07) х 10"* м? / ч соответственно,. а с увеличением содержания золы - унос до 4.0 % а> возрастает до { 1,05, 1,19 и 1,2)х 10 м*7ч соответствея-' но. •

Исследование процессов обжига на физике- механические свойстза керамических материалов из углеотходов ПЭТЗКа. Анализ дилатометрических кривых показал,' что с введением золы-унос в, составы вскрышных пород изменяется характер их деформационного поведения при назреваний. Так, - например, значение линейного коэффициента термического расширения о(. для образцов, отформованных из аргиллита 100 % в интервале темпера-

тур 20..; 220 °С равно. 2.10 грзд\ .участок кривой характеризуется усадкой и обусловлен удалением свободной воды. Далее, о повышением температуры'образец претерпевает расширение, в интервале температур 600... 550вС. оС « 35.Зх 10 ' град.4 Начиная с температуры'8.-0оС до Ю00вС происходит значительная усадка, сХ » T36.4' х ló'rpaí."4 ■

Дилатометрическая кривая обжига образца, отформованного яэ керамической; шихты "аргиллит 60 7. - зола 40 7." имеет существенное отличие по сравнению с исходной. По мере подъема температуры образец испытывает медленное расширение, при температуре 550...500 "С oí достигает максимального значения и равно 38,8 х 10,град.'1 Начиная с 850®С до 1000°С образец претерпевает усадку. ОС > -38,6 х 10 град"^

Линейный коэффициент. :.термического расширения 0¿ для образцов из составов "алевролит 100 %" и . "переслаивание 100 X" в интервале температур 600. ..650 °С соответственно равен (38.1 и 42.1) х КГ' град^

Значительная усадка указанных образцов наблюдается в интервале температур 880. .. 1000 °С. значение ОL равно <>~3,S-и -131) х 10'град. соответственно.

Образцы на составез "алевролит 85 X - зола 15 V и "переслаивание 75 7. - зола 25 V в интервале температ$'р 500. ..650°С имеют значение e>¿ = (38.3 и 3S,S)x 10 град, соответственно. Усадка образцов наблюдается в интервале температур 890.. .1000 ,°С. и составляет (-31-,1 и -29,3) х 10 град.л соответственно.

Расчет эквивалентных радиусов макропор в керамических образцах иа вскрышной породы аргиллит- алевролитоЕого составов, . выполненный методом гидростатического взаимодействия в порах материала 1 и 10 7. этилового спирта, показал, что с введением золы- унос радиусы пор. а также их относительный объем возрастают.

Так образцы, отформованные из "аргиллита 100 ,v имеют эквивалетные радиусы пор ( 26.. .153&Х 10 м. а образцы, отформованные из."аргиллита 60 зола 40 X" имеют эквивалентные радиусы пор (32.'. .344} х .10 м. Эквивалетные радиусы пор обр|8-< цое из' "алевролита 100 7." изменяются в пределах от 21 x 10 м до £45 х 10 а у образцов из ."алевролита ¿5 % - зола 15 V 1

радиусы пор следующих рагмероа' (55.., 34.4) х Ю м.

Увеличен»« размеров пер а введением 25 зслы-унос наблюдаются у образцов' из переслаивания, так для образцов "переслаивания 100 V радиусы -пор '.. находятся в пределах, (28...164) х 10 м, а у образцов иг "пэреслаигания 75 % - зола 25 радиусы пор равны (55.., 3-44) х 15 и.

Исследованиями влияния'температуры . о/блига ( от 900 до 1100 °С с интервалом лодьема температуры в 50°С) иа физико-механические свойства керамических' образцов иг углеотходов 3 3 1 3 йа-. было установлено, что ■ показатели /обпей усадки (4.5... 3,3 I). предела прочности ; при с.чзтии (8,3. ,, 23,5' МПа), плотности" (1419... 1701 кг/м-3) "у всех исследуемых образцов с педгемом температуры 'возрастают, а водопоглс-сение "снижается (15,7. ..7.2 X), Введение голы- унос. . в . составы 'вскрышных'-' пород снижает показатели обяей усадки-0,2...'5,й %), предела прочности при сжатии ' (о , б.,'. 15, 7 МПа) /и плотности (1324,, , 1553 кг/.м3), повышает водопоглоаение образцов (7,&., /25,3 Л). .. ■"',' ,

. Опытно-промышленные испытания1. По результатам исследования структурно- реологических свойств дисперсных систем из вскрышных пород и золы-' унос в. году -на. опыт Но-экс г.ери-ментальном заводе разреза- "Северный" .'.Павлодарской области была проведена опытно-л'.-;мысленная проверка: формовочных свойств керамической шихты из вскрыинсй породы аргилитогого состава (50 X; и 'голы- укос (40 %). -За-время испытаний была зыпуиена опытно- промышленная партия углеотходоемких керамических камней. Визуальный осмотр показал, что отформованный брус не имел нарушения сплоаноети, свили' и-' хорошо держал форму. -

В. 1991 году-на 'у. ".заалом- - заводе была Еыпущена опытно-промышленная партия -эффективного керамического кирпича в количестве 28 тыс. шт. О учетом полученных результатов исследования керамическая, пихта была следующих:составов: 1) "аргиллит 60 Х- зола- унос 40 X"; - 2) "алевролит-35 % - зола -унос-15 .V'; 2) "переслаивание 75:%- зола- унос 25 X".

Выпущенный эффективный керамический кирпич соответствует по прочности маркам "100", "125", "150", Определение моро-гсстойкости кирпича/ выполненное- методом одностороннего заыо-

раживания. показало; что кирпич выдерживает более 80 циклов, химическая стойкость кирпича равна в концентрированной серной кислоте 95.,8- .'. 96.5 в 20 \ растворе соляной кислоты 35.1. ., 96.3 Л. в 25 'Л растворе КОН 80.5,..84.3 X

■ Расчет экояомиче'с}- :-'й' эффективности от внедрения технологии эффективного керамического стенового материала на основе углеотходов ПЭТЭКз - вскрышных пород аргиллит-алевроли-тового состава и золы-унсс при .мощности завода €0 млн. шт. усл. кирпича в год составил 84. 7_ Тыс. рублей в ценах 1991 года.

/ ОБШИЕ ЕЫЕОЛЫ

1. 3 результате комплексных (теоретических, экспериментальных и опытно- промышленных) исследований углеотходов ПЭТЗК.3'( вскрышных пород аргиллит- алевролнтового состава и зол) как оргзно- минерального керамического сырья получек углеотходоемкий эффективный керамический кирпич, разработана и обоснована егс ресурсосберегающая технология при пластическом способе формовг.ния.

2. Установлены критерии оценки пригодности углеотходов ГГЗТЭКа для производства керамического кирпича, их отличительные особенности по сравнению с традиционным глинистым сырьем: при измельчении на фракции размером менее 0.5 мм вскрышные породы проявляют хорошие пластические свойства, являются укереннопласхичяыми и малочувствительными к сушке сырьевым материалом. Минералогический состав глинистой составляющей -вскрышной породы алевролитового состава представлен каолинитом, гидрослюдой,' а в аргиллите дополнительно содержится монтмориллонит. Зола по химико-минералогическому составу близка к глинистым материалам, тугоплавкая. По содержанию А1а05относится к полукислому сырью. Содержащие органического вещества в углеотходах составляет б...3 %.

3. Выявлено, что структурно- .реологические свойства вскрышных пород имеют отличия в зависимости ст ■ диалогического типа, так аргиллит по соотнесения трех видов деформации относится ка- второму структурно-механическому, типу, с преобладавшим развитием замедленных деформаций, алевролит относится к первому структурно-- механическому типу,, - а структур-

■ -".19 -.7 :

но- реологические.свойства переслаивания'в значительной степени определяются содержание« аргиллита в "переслаивании.

4. -Показано, что регулирование структурно-реологических характеристик керамических масс иэ вскрытых пород угледобычи ПЗТЗКа возможно га счет управления'характером.структуро-сбрагованна в дисперсных системах "вскрышная порода - зола -вода" и изменением природы сил. действующих на границе раздела: фаз. . путем рационального подбора компонентов шихты по количественному и качественному составу. С увеличением содержания золы. а составе керамических масс происходит изменение соотношения трех видов деформации, . так дисперсная систе-. ма ''аргиллит" из втсрсго структур.нсг механического типа ' пе-. ,реходит в первый •*аола.'Чдола - 6,0 ")'. Лислерснзя система , "алевролит'- " к\ церьому структурно- механическому; типу зола до. увеличением :сдержания золы до 20 V •.' с.истема:переходит, в .третий,' а при содержании' золы /40 Л.: з. нулевой- структурно-механический тип." Лиспе ре ная система "переслаизанпе - зола" из первого " структурно- механического ;типа*.'Сгода'. дЬ"2£! '¿У. переходит в третий (зола - 40 '' ' :'■•■.';'

5. Показано, ■что' керамические массы оптимальных'составов,- "аргиллит 60 Л- зола .40' V, ■'"алевр6лит-"|55 - зола 15

и ' "переслаивание 7.5 Г. ': -?;од,з:..25,':*" формуются без нарушения сплошности за счет преимущественного: % развития'/ замедленных обратимых' деформаций (Э5,7... . 37,2 %): и имеют следующие показатели структурно- реологических..свойств: эластичности Л.»'

<1 ••Л

0,51... 0,5.2,, пластичности по Еоларсшичу ;'. РкЧ /-*\л*10- , с « 2,5. , .4,41', периода';'релаксации, Д'-'.с'-У/'2238..':,->;'■ 2767.' . ' 5. • .Выявлено., .: что. характер влияния влажности дисперсных систем V абс на.пластическую прочность керамических масс.'иэ оптимальных составов нссдт"тиде,рб-омчё.сю1й характер. Полное развитие гидратных об^оч-к в.; дисперс.аыХ; системах происходит ' з интервале значений Р ш; а 30. .. .1,30, кПа,.', при ,значении У аб.с

7. Математическим планированием оценки формуемссти уг~ леотходосодержзишх пластических.'. масс ;' может..' служить метод регрессионного анализа с исяользов'анием-неполного квадратичного уравнения для: трехфакторного.эксперимента - эластичнос-

•"> 20 - '

ти, пластичность по.Воларовичу и периода релаксации . Физической, моделью деформации пластического течения углеотходо-содержавши керамических масс могут служить симплекс подобия &siи комплекс псг.сбия SVL /г^ = idem = Re, т. е. критерий Рейнсльлса. •:'

3. Показано, что введение золы в состав вскрышных пород за счет образования пористой структуры сырца, ускоряет процессы внутренней диффузии» снижает усадочные напряжения в изделиях. Стабилизация коэффициента диффузии влаги происходит при влагосодержании образцов U, 10 =. 10.. .15 CKr/krJ.

9. Установлены особенности термического изменения керамических образцов из угдеотходов ПЭТЭКа (вскрышных пород ар-гиллит-адезролитового состава и золы; при обжиге, при зтом введение золы в состав вскрыиных пород значительно снижает усадку и плотность изделий, и способствует образованию пористой структуры и увеличению эквивадетных радиусов пор до 34.4 х 10""м.

10. Разработанная технология эффективного керамического стекового материала на основе углеотхсдов ПЗТЭКа - вскрыиных порол аргиллит-алевролитового состава и золы от сжигания экибзстузских углей дважды опробонана с положительными результатами в промысленных условиях Калкаманского опытно-экспериментального заЕола разреза "Северный" Павлсдзрской области. Полученные эффективные керамические стеновые материалы при достаточной механической прочности (марка 100. ,.150), обладают высокой степенью морозостойкости при одностороннем эвмораживании (более 90 циклов), стойки к воздействий кислот и щелочей, имеют значения общей усадки и средней плотности ниже по сравнению с кирпичей из глинистого сырья.

11. Рззработашшй технологический регламент производства эффективного керамического стенового материала на основе углеотходоЕ ПЭТЗКа вскрышных порол аргиллит-алевролитового состава и золы от сжигания.зкибастузских углей передан для практической реализации Научно-техническому центру промышленности строительных материалов "Строминнсцентр" г. Москва. Использование этих отходов .позволяет произвести полнук замену 'дефицитного кондиционного.глинистого. •сырьэ. внесет су-

зкственния вклад в ресение задач отрасли и экологических яроблом региона,

Основные положения диссертационной работы отражены в следующих опубликованных трудах.

1. Оспаноз А..К. Использование методоз математического и физического моделирования при. исследовании реологических свойств дисперсных систем из углеотходов , / Комплексное использование минерального сырья. - Но 1С. ■■ с. 72-77.

2. Оайбулатоз С. 2. , Оспанов Д. К. Освоение технолог:!!! производства стеновых керамических материалов на соков? углеотходов Строительные материалы, конструкции и издел;«.' Экспресс-информация. Республиканский опыт / ИНГИ ?>:-сг.уб. .-'а-захстан Алматы, 1992 Но 32-52 - 4 с.

2. Саябулатов С. 3. , Оспаноз А. К. Получение комических стенозах материалов на основе углестходсз / Кат- лы ко.пду-нар. научно-техн. конф. - ".-лгЛилск, 1351 г. - с. 33.

4. Сайбулатоп С. . О';о.:о; енко Г. П. , Стол-Зсузкин А. '*">. , Гслзноз А. К. Получение кера;:пч.е-е:"н£ стг-оят^л^иых материалов на основе отходов промышленности //5 сб. •".Зизако-хямическио проблемы материаловедения и ковке технологии" 1'ат- лы всесоюзной конф. - Белгород, 1351 - с. 173.

а. Оспанеа А. К. , Саябулатов С. йсяольгозанкб отходоз добычи и переработки углея з производство стенооо:! тъ^глул ■'/ В сб. "Проблемы соверпенст202аки.я произнодст^а' стздозих материале? -о целью индустриализации строительст:;1 и повггге-ния сейсмостойкости зданий". Н?,т- лы 1-ой регяскадьн. аауч-но-техлич. конф. - Еапкек, 1531г. - е.

Сспанов Д. К. , оайбулатод С.;;'., Челекбаез А. .4. Применение -скрццных пород ЗУБ и золы ГРЗС 2• стеясгой керглгаке ' .'МГХ -лаучно-техчичаская конференций. Новосибирск:;,! шхг-.черкс-строительный институт им. 3. В. Куйбклеза. Есгсец-¿.ческ, 1502-е.

", Сайглосез 0. -к. , Оспаноз А. X, керамичес-

кого стекового материала на оснспе перо:; дскрцзл и зол // В сС. *''Основные направления развития региональных стренг*льнчх ко/.'плэксое г условия:;; рыночной экономики". Нат-лы сго-яу5.1. чпучно-ярзкт. конф. - Гоггел>. 1651 - о . 27. .

3. Сайбулатов С. 2L , Осланов А. К. Оптимизация составов керамических аихт на основе отходов добычи и переработка углей.'/ Е об. "Утилизация промышленных отходов для производства . экологически чист¿.х и эффективных строительных материалов" Мат-лы респ.. науч:-.о-практ. конф. Ровно - 1991 - с. Э.

Э. СайбулатсвС. Ж. . Оспансв А. К.. Челекбаес A.M.. Art-син Н. О. Применение вскрыиных пород ЗУБ и золы ГРЭС в стеновой керамике / ' В сб. Материзлы, технология.организация и экономика строительства. Мат- лы науч.-техн. конф. - Новосибирск, 1992. с. 99 - 100.

10. Сспанов А. К.. Сайбулатов С. Ж. Эффективные керамические стеновые материалы из углеотхсдов Зкибастузского угольного бассейна // Материалы III респуб. . научк.-практ. семин. -совешан. - Алматы. 1992 - с. 57.

11. Оспанов А. К. . Чс-лекбаео A.M. Влияние- голы-унос сухого отбора на порообразование в керамических материалах из углэотходов Э1ЭК // Е сб. "Перспективы развития студенческой неуки. " Мат-лы знутриЕузовской яаучн. -практ, студен, конф. клматы. 1993 - с. 23.

12. Сырьевая 'euvoi для изготовления стеновых керамических изделий. Решение Национального Патентного Ведомства Республики Казахстан N 2628 от 28. 12. 1993 г. на выдачу предварительного патента по заявке М 930169.1 от 28.01.1993 Сспанов А. К. , СайбулэтсЕ 0. Ж. . Челекбаег А. М. . Нургсхаев К. л.

/

i

:<СПАНОВ АМЗНГ*ЛЛ1 Кадырбэйулы

"KeMip кзлдыгынан даяындалган керами.кзлык Kipmai"

Диссертаииялык д*мыс KQMipai енд1ргенде жане к^ирд! вртегеняе шыгзгыя кулд»'керамикалык кабырга калаугз араалгзя Суйымдар дапындауг.а арналгаа (маркасы 100 ...150) Kip.ni в?*

даяындзган кегле кымбат табиги ипюэатты пайдаланбап, ке-тетьч отын мелЕ-- ;::н ааайтып, коепэиыц хаснет: лаН'-зрыя ягии, аяага , берютич жсгарлап, тыгыгдыгы-1509 кг/м -

re дей1нге темендеп. даяын буйнннын саяасын арттыруга зр-налган.

•;ЗРАМ07 Arcanqeldi Kadirbaevich "Оегаяцс Brick Made of Coal Wastage."

Т'глз thesis is devoted to the сегзпис wall ir,3tenal :r.akmo from coal wastage and coal burnt ashes and to its resource saving technology. Tina method affords to make the 2rick enouqti strong (ICG. .. 150 types), and therefore not to use scarce clay which is i:. short supply, to reduce the need of technological fuel. to. i¡«Drove shaping properties of the .mixture, to increase frost resistance of products to 60 cycles m one side freezing and to reduce average density to 1309 kq per оц в.