автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Стеновые изделия из пресс-опокобетона на обжиговой связке

РОСТОВСКАЯ-на-ДОНУ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ, СТРОИТЕЛЬСТВА

На правах рукописи

КОТЛЯР Владимир Дмитриевич

УДК, 691.42

СТЕНОВЫЕ ИЗДЕЛИЯ ИЗ ПРЕСС-ОПОКОБЕТОНА НА ОБЖИГОВОЙ СВЯЗКЕ

Специальность 05.23.05 —Строительные материалы

и изделия

-АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ростов-на-Дону 1993

Работа выполнена в Ростовской-на-Дону государственно! академии строительства.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Г.С.Дгрлахов

Официальные оппоненты: - доктор техническтх наук, профессор

А.П.Зубехин;

- каадвдаг технических наук Ы.А.КабатоЕа

на заседании специализированного совета К.063.64.01 по присуждению ученых степеней в Ростовской Государственной академии строительства по адресу: 344022, Ростов н/Д, уд.Социалистическая, 162, ауд.232.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Ведувдя организация - лаборатория "Технологической мине-

ралогии и новых видов минерального сарья" Ростовского государственного университета

Автореферат разослан " " ££&Ы1<СЛ 993 г.

Учешй секретарь решонального сшциализированного совета

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Расширение ассортимента и увеличение выпуска качественных стеновых изделий непосредственно связаны с улучшением их эксплуатационных, декоративных и гигиенических свойств. Большое значение среди широкой гаммы конструкционных стеновых материалов имеют материалы керамические. Это объясняется их высокой долговечностью, улучшенными антикоррозионными, тепло- и звукоизоляционными свойствами, комфортностью и архитектурной выразительностью.

Увеличение производства эффективных стеновых керамических изделий ограничено рядом причин, одной из которых является недостаточная распространенность качественного глинистого сырья. Б связи с этим большинство действующих предприятий стеновой керамики вынуждены работать на низкокачественном сырье, что предопределяет выпуск изделий, отличающихся пониженной проч -ностью, морозостойкостью и плохим внешним видом.

Решить эту проблему можно, используя новое нетрадиционное сырье, - кремнистые опал-кристобалитовые породы, к которым, в частности, относятся опоки. Выбор указанного объекта исследования обоснован следупцим. Во-первых, до настоящего времени не проводилось систематизированного изучения опок на предмет получения на их основе эффективной стеновой керамики с улуч -шенными технологическими и эксплуатационными свойствами; во-вторых, возможное расширение минерально-сырьевой базы строй-индустрии России в условиях быстрого истощения запасов качественных глин представляет собой весьма актуальную задачу, поскольку характерной особенностью глин является небольшая мощность полезного ископаемого при значительной площади распространения. Это приводит в процессе открытой разработки сырья к уничтожению уходящих во вскрышу плодородных черноземных почв на обширных территориях. Особенностью же рельефообразунцих, залегапцих вблизи поверхности местороядений опок, является их значительная, порой доходящая до 100 м, мощность. Не менее важно и то обстоятельство, что эти месторождения расположены в основном на малоценных и бросовых в сельскохозяйственном отношении землях. Таким образом, ни ресурсные, ни технические,

ни экономические факторы не препятствуют, а только благоприятствуют освоении этих природных материалов с целы использования их в качестве исходного сырья для производства обжиговых стеновых изделий и исследования в данном направлении являются весьма актуальными.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с программой ГК РСФСР "Ноше материалы и перспективные технологии для народного хозяйства'', раздел "Керамические материалы"; разделом программы 0.50.05, которым предусматривается "Разработать основы и методы прогноза, поисков и оценки малоизученных и новых видов минерального сырья, оценить их ресурсы, создать методы комплексного использования, включая геотехнологические Предпринятый научный поиск проводился с учетом постановления Госкомитета СССР по науке и технике Л 56 от 10.03.86 "Создание научных основ и методов повышения эффективности рационального комплексного освоения месторождений полезных ис -копаемых и охраны недр на период до 2000 года".

Цель работы. На основании детального изучения вещественного состава, физико-механических и технологических свойств различных диалогических разностей опок теоретически обосно -вать и экспериментально подтвердить возможность получения на их основе эффективных обхиговых стеновых изделий.

Для достижения поставленной дели необходимо было решить следупцае задачи:

Изучить особенности опок как сырья для получения стеновых керамических материалов;

выявить особенности производства керамических материалов на основе кремнистых пород;

определить пути повышения эффективности стеновых изделий иг бетона на обжиговой связке;

установить возможность использования кремнистых опал-крист обалитовых пород - опок в качестве обжигового связупдего и заполнителя в бетонах на обжиговой связке, формуемых компрессионным методом;

разработать принципы расчета параметров получения изде -лий из обжигового опокобетона;

исследовать влияние основных технологических факторов, обеспечиваниях получение эффективных стеновых изделий из опок

различных литологических разностей;

разработать рекомендации по технологии производства эффективных стеновых керамических изделий на основе опск с опытно-промышленной апробацией и технико-экономическим обоснованием предлагаемой технологии.

Научная новизна. Установлены особенности технологических свойств олск различных диалогических разностей как сырья для стеновых керамических материалов.

Шявлены физико-химические, фазовые и минеральные преобразования, связанные с обжигом кремнеземистого опсковидного сырья. Показано, что в процессе обхиха опаловый кремнезем переходит в крастобалит и наиболее интенсивно это происходит при температурах выше Ю50°С. Высокую степень структурного совершенства к1истобалит приобретает при температуре обжига П00°С. За счет высокой реакционной способности опалового кремнезема уже щи температуре 950°С в карбонатных опоках наблвдается образование волластонита.

Определены зависимости между химико-минеральным составом опок, их технологическими особенностями и свойствами материалов, полученных на их основе. Установлено, что наибольшим коэффициент см конструктивного качества обладают изделия из глинисто-карбонатных опск.

Теоретически обоснована и экспериментально подтвервдена возможность получения способом полусухого прессования изделий из опокобетона на обжиговой связке. Изучены его свойства.

Разработаны основы расчета параметров получения 'тресс-оюкобетона на обжиговой связке с применением ЭШ.

Разработана функциональная технологическая схема производства изделий из пресс-опокобетона.

Практическая ценность. Установлена возможность производства эффективных стеновых керамических изделий на основе нетра -диционного, ранее не используемого в таком качестве сырья -опок. Данное обстоятельство позволяет существенно расширить сырьевую базу промышленности стеновой керамики. Невысокая средняя плотность полученного материала (1,2...1,5 г/см3) обуславливает снижение топливно-энергетических затрат как на стадии производства изделий, так и на стадии эксплуатации.

Разработанная технологическая схема производства стеновых изделий на основе опок позволяет применять ее без существенной реконструкции на заводах по выпуску керамического кирпича полусухим способом. Опытно-промышленные испытания разработанной технологии были проведены на кирпичных заводах г.Ростова-на-Дону и г.Семикаракорска. Расчетный экономический эффект, связанный с производством и эксплуатацией стеновых керамических изделий из опокобидного сырья в сравнении с кирпичом глиняным, составляет 900 рублей на 10 тыс.шт. условного кирпича (в ценах 1991 г.).

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзном литологическом совещании "Осадочные формации и связанные с ними полезные ископаемые" (Ростов-на-Дону, 1990); У! Всесоюзной конференции "Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления" (Тшень, 1991); трех научно-технических конференциях Ростовской государственной академии строительства (1991-1993).

Публикации. Пр теме диссертации опубликовано 5 научных работ. По результатам выполненных исследований получено положительное решение по заявке на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация объемом 192 страницы состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы и. приложений. Работа содержит 116 страниц машинописного текста, 37 рисунков, 25 таблиц, список литературы, включалций 165 наименований на 17 страницах, и приложения на 3 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проанализированы пути развития производства стеновых обжиговых материалов и определены возможности повышения их эффективности.

Основным видом традиционного сырья для производства стеновых керамических материалов служат легкоплавкие глины и суглинки. Ситуацию, сложившуюся к настоящему времени по обеспечению как промышленности Северного Кавказа, так и России в

целом даннш видом сырья, нельзя считать' удовлетворятельной. Географо-экономическое размещение разведанных и эксплуатируемых месторождений нерационально. Большая часть карьеров находится в зоне распространения высокопродуктивных черноземных почв и интенсивной сельскохозяйственной деятельности. Шогпе предприятия эксплуатируют месторождения с неразведанными запасами в силу необеспеченности сырьем на амортизационный срок. Основная часть предприятий испытывает недостаток в сырье из-за отсутствия земельных отводов, застройки площадей месторозде -ний. Очень часто сырье имеет низкое качество. Такш образом, несмотря на то, что суглинки широко распространены в равнинной (платформенной) части Северного Кавказа, обеспеченность этим сырьем крайне недостаточна. В то асе время все более возрастающая потребность в высококачественном глинистом сырье определяется тенденцией к получению более легаях и укрупненных изделий, т.е. эффективных керамических камней и утолщенного кирпича. Это обусловлено многими причинами, связанными как со своеобразием самих изделий, так и с особенностями их производства и эксплуатации.

Существухщие методы снижения средней плотности керамических стеновых материалов условно можно разделить на получение пористых, пустотелых и пористо-пустотелых керамических изделий и изделий, содержащих в своей массе легкие природные или искусственные пористые заполнители. Повышение пористости изделий достигается введением в шихту воздухововлеканцих, выгорающих добавок: опилок, угля, торфа и других горючих материалов. Конструктивные же пустоты,иногда составляющие более 50? объема изделий, образуются на стадии их формования.

Разработкой технологии изготовления высокоэффективной стеновой керамики занимались НШстройкерамика, ШШСтром, Киевский НИИСМ, Московский, Ленинградский, Новосибирский, Киевский, Ростовский инженерно-строительные институты и другие организации. В настоящее время освоен выпуск керамических изделий пластического формования с пуст относ тыэ до 56$ и максимальными размерами (250x250x120) ми. Меяду тем, несмотря на достоинства подобных пустотелых изделий, их удельный вес в общем объеме выпуска стеновой херашки очень невысок. Свявано это с рядом причин, одной из которых является ограниченность запасов каче-

сгвенного пластичного малочувствительного к сушке глинистого сырья.

Шогие исследователи с целью снижения средней плотности материала с одновременным отощением массы пошли по пути введения в шихту легких, пористых природных или искусственных заполнителей. На кафедре строительных материалов Востовской--на-Дону государственной академии строительства под руководством проф. Г.С.Ьурлакова на основе местных материалов и промышленных отходов ведутся разработки новых технологий по получению перспективного керамического материала, который в силу своих структурных особенностей назван "бетоном на обжиговой связке". В качестве связуыдего используются различные глинистые породы с добавками и-без них, а в качестве заполнителя -керамзит, золошлаки, горелые породы, опоки и другие природные и искусственные заполнители. Формование изделий осуществляется вибропрессованием с пригрузом. Однако дефицит качественных пористых заполнителей и ограниченность запасов пластичного малочувствительного к сушке сырья являются серьезными препятствиями в промышленном освоении изделий из обжигового бетона.

Мзвду тем производство изделий стеновой керамики спосо -бом полусухого прессования позволяет получить значительный технико-экономический эффект по сравнению с другими способами производства. В данном случае снижаются затраты тепла, электроэнергии, количество обслуживающего персонала и стоимость основных фондов, уменьшается себестоимость изделий. Благодаря правильной геометрической форме изделий, четким граням и ребрам их можно применять как для кладки, так и для облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений. Полусухое прессование расширяет и области использования природных сырьевых материалов, делая более экономичным применение камневидно-го трудноразмокаемого и неразмокаемого сырья, к которому можно отнести и опоки, входящие в группу кремнистых опал-кристо-балитовых пород. До последнего времени керамическими материалами, получаемыми на основе опок, являлись искусственные по ристые заполнители (термолиты). В качестве же сырья для про -изводства обжиговых стеновых материалов из группы кремнистых пород используются только диатомиты и трепелы. Это оговаривается и в действующем ныне ГОСТе 530-Й0.

Стеновые керамические изделия на основе диатомитов и трепелов обладают рядом положительных свойств - легкостью, хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, способностью выдерживать скоростную сушку, исключающую появление трещин и деформаций. Однако, несмотря на это, диатомитовые и трепельные керамические материалы широкого распространения не получили. В настоящее время на данном сырье работает лишь 8 кирпичных заводов, что составляет менее 1% от общего производства кирпича. Связано это в первую очередь с тем, что для получения хороших показателей по прочности и морозостойкости стеновые материалы из диатомитов и трепелов, в силу структурных особен -ноет ей и минерального состава исходного сырья, требуют повышенных температур обжига (более 1Ю0°С). Это подтверждается соответствующими исследованиями ШИИСгрома.

Известны разработки, в которых кремнистые породы являются частью керамической шихты и вводятся в нее с целью сниже -ния усадки сырца и улучшения свойств получаемых изделий. Б этой связи теоретическое и практическое значение приобретает исследование возможности использования в качестве исходного сырья для получения эффективных обжиговых изделий опок в виде пресс-порошка, в котором зерна размером более 0,14 мм играют роль заполнителя, а более тонкие фракции являются обжиговым связунцим. По своеобразию своей структуры такой материал мо -жет быть назван пресс-опок обетоном на обжиговой связке. В такой постановке данный вопрос ранее не исследовался.

Выбору объекта и направления настоящего исследования способствовал следующий комплекс предпосылок.

1. Геолого-экономические предпосылки, йапасы опок достаточны. Мощность продуктивных толщ некоторых месторождений достигает иногда 100 м, что не .требует значительного отвода земельных угодий при эксплуатации месторождений.

2. Вещественный состав опок. lío химическому составу опоки (кроме окремнелых разностей) близки к суглинкам, в основ -ной массе своей состоят из реакционноспособного аморфного кремнезема с присутствием легкоплавких гвдрослвдистых минералов. Не имеют крупнозернистых включений гапса, кальцита. Ш -держаны на.больших площадях распространения.

3», Технологические свойства. В силу тонкопористости структуры сырьевые опоковые массы обладал малой чувствительностью к сушке. В связи с этим следует ожидать отсутствие деформации и трещин, вызываемых воздушной усадкой сырца.

4. Физико-механические свойства обожженного черепка. С учетом свойств сырья, а также анализа производства термолита можно полагать, что обожженный черепок на основе опок будет обладать наряду с высокой прочностью ыалой средней плотностью и иметь светлую окраску, предопределяющую возможность произ -водства облицовочных изделий.

5. Уменьшение энергетических затрат. Снижение средней плотности материала позволит значительно сократить топливно-энергетические затраты, связанные с производством изделий.

6. Расширение минерально-сырьевой базы. Использование нового нетрадиционного сырья при явном истощении промышленных запасов качественных глинистых материалов России является весьма актуальной задачей.

С учетом вышеизложенного и исходя из анализа результатов ранее проведенных исследований предлагается следующая рабочая гипотеза: в соответствии с особенностями химико-минерального состава микропористого опоксшдного сырья, характеризующегося наличием в неи^реавдионно-способного аморфного кремнезема в сочетании с ле'йсоплавкиыи глинистыми минералами, и часто, тонходидперснш кальцитом, представляется возможным получение на его ионоЬе эффективных обжиговых стеновых материалов с заданными физико-механическими свойствами.

Во второй и третьей главах изложены методики исследова -ний, обоснован выбор сырьевых материалов и дана их характеристика. При проведении исследований использовались стандартные и общепринятые методики с привлечением математических методов планирования эксперимента и обработкой получаемых результатов на ЭВМ. Сырьем для проведения предварительных экспериментов служили опоки ряда месторождений Поволжья и юга России. Для дальнейшего детального анализа были отобраны опоки Степанра-зинского, йуравского (Ростовская обл.) и Еаканского (Краснодарский край) месторождений, которые являются наиболее характерными для опок Нижнего Дона г Предкавказья. Шбор указанных месторождений основывался на следующих соображениях:

1) по требованиям, предъявляемым к сырью для производства кирпича и камней (ОСТ-21-78-88), содержание диоксида кремния в нем не должно превышать 85$;

2) наибольшее распространение в природе получили опоки глинистые, песчано-глинистые, глинисто-карбонатные. Кремнепо-добные (окремнелые) породы с повышенным содержанием зю2 (более 80...85$) встречаются достаточно редко, хотя часто поисковые геологические работы направлены именно на этот вид сырья;

3) на юге европейской части России не известно ни одного месторождения окремнелых опок, которые обычно образуются в платформенных.условиях со спокойным тектоническим режимом.

Детальные исследования вещественного состава и структурных особенностей указанных вте месторождений опок позволяют отнести их к различным лито логическим разностям. Степанразин-ская опока глинисто-алевролитовая, наиболее плотная, курав - * екая - глинисто-карбонатная, содержащая минералы из группы цеолитов, баканская - карбонатная малоглинистая. Сопоставление химико-минерального состава и физических свойств опок этих месторождений с соответствующими характеристиками опок (исключая кремнеподобные) центра и юга европейской части России, Урало-Поволжья, Зауралья и других регионов показало их схожесть и в основном отражает пределы колебаний содержания основных компонентов.

В четвертой главе изучены дообжиговые и обжиговые свойства опок, определены наиболее значимые технологические факторы, исследованы физико-химические процессы, связанные с термообработкой. Так как способ подготовки и переработки масс при производстве стеновой керамики во многом определяется свойствами сырья, были изучены как дообжиговые, так и обжиговые свойства опок при пластическом и полусухом прессовании опытных образцов.

Цутем исследований, проведенных в интервале температур 900...П00°С на полидисперсных порошках, характеризующихся наибольшей крупностью зерен (2,5; 1,25; 0,63; 0,315 мм), установлено, что свойства опок зависят от. степени их измельчения, а также вещественного состава. Так, с увеличением содержания глинистого вещества в опоках и степени измельчения

возрастают пластичность, воздушная усадка, средняя плотность и прочность как необожженных, так и обожженных образцов. При этом снижаются чувствительность их к сушке и водопоглощение. Практически неизменной остается огневая усадка (табл.1, 2).

Таблица I Физико-механические свойства опок

Месторожде-Г Дообжиговые свойства ние и гран-!

состав, < мм

Обжиговые.свойства,

~г

Число! Чувст.1Возд.!Е. \ Огнев. \ Сред. \ Водо-| Е „«,

плас-! к суш-!усад.,,-„Г.!усад- •

тичн.! ке,с ! % к^^каД

т 1 * ^^» I

! ! (МПа |

плотн» погл,;

г/см

!

МПа

Степан-р'азкнско е 0,315 0,630 1,250 2,500 I! 10 8 140 160 185 220 7.1 б!з 5.2 4,1 7,1 б!5 5.6 4.7 3.2 3.3 1,47 1,44 1,40 1,37 1:1 24,2 25,4 33,0 2315 23,0 19,5

ауравское 0,315 0,630 1,250 2,500 II 10 7 6 170 200 220 220 6,0 4,3 3.1 2.2 5,7 5,0 3,9 3,0 4,2 4,2 ч 4,1 1,33 1,35 1,33 1,32 23,7 29,2 29.7 30.8 33,0 25,0 21,0 17,0

Баканское

0,315 о;езо 1,250 2,500 8 7 4 4 210 220 220 220 4,2 3,5 2,4 1Д Ы ы 3,3 2 1 3,2 3,2 1,27 I 24 1,23 1,23 32,6 33,3 33,9 34,1 19,0 13!б 9,5 8,0

Чувствительность к сунке, характеризующая трециностой -кость свехе от формованных изделий, зависит от усадочных к влаго-проводяцих свойств сырья. В целом исследуемые опоки, за исклгн чением тонкоиемельченных глинистых разностей (Степанрааине:оо месторождение), в силу их микропористости малочувствительны к сушке. Это подтверждается и уыеренно-малопластичностьв опск. Зшчение воздуппой усадки не превышает 6...1%, что является косвенном показателем хороших технологических своёств скпья. Однако пластические массы на основе опок, за исключением гли -нистых разностей, достаточно зыбки и плохо сохраняет фориу изделий при незначительных нагрузках, что ограничивает исеольео-рание их ори экструзивной способе формования изделий.

Таблица 2

Физико-механические свойства опок (полусухое прессование) при формовочной влажности 12. .."£>% и давлении прессования 100...

...300 кг/см2

{.«зстороадрчие

• Прочность све-¡аеотфориованных ¡образцов, НСа

Средняя ; плотность,; г/си3 {

Предел прочности при сжатии, Ша

Степан-Рагинское 1,7-3,0 йуравское 1,Ф-2,9

Баканское 1,0-2,5

1,38-1,55 1,30-1,49 1,18-1,35

9,0-43,0 7,0-36,0 3,0-25,0

Прочность сырцовых образцов полусухого прессования зависит от дисперсности, влажности пресс-поропка, давленая прессования, вещественного состава опок и в целом превышает минимально доцустюще значения длч этого способа производства изделий (не .менее 1,5 ЫШ). Формовочная влажность пресс-пороша на основе опое выше, чем у суглинков (6...П2) и варьируется в более широких пределах (12...25%). Шнсимальная прочность шблздается у сырцовых образцов, отпрессованных из сырья, намельченного до зерен размером менее 0,315 мм, влажностью 17...20%. При шлой формовочной влажности внутреннее трение препятствует сближению'частиц порошка и получению более прочного сщда, а при большой - тончайшая пленка воды между зер -наш уменьшает силы поверхностного молекулярного взаимодействия мезду ниш.

Повышение прочности образцов с увеличением степени измельчения сырьевой тсса объясняется эначитазышм увеличением об -цей поверхности зерен штериала, сопровсздаелим ростом свободной поверхностной энергии. Закок~черное увеличение отформованного сырца с псшоеннем содержания в опоках глинистого компонента объясняется теи, что глинистые минерала обладают наибольшими значениями сел поверхностного молекулярного взаи-кодейстЕня иенду частицаьш. Экспериментально доказано, что с узейгсешем формовочной влалности и дазления прессования прочность з средняя плотность обожженного черепка возрастают. Однако презшдеше шксишльного прессущего давления (6a~.ee ЗЮ кгс/см2 ) значительно увеличивает вероятность появления

дефектных изделий (перепрессовочные трещины).

Изменение тонкости измельчения сырьевой смеси на величину: огневой усадки и, следовательно, на степень спекания черепка влияния практически не оказывает. Известно, что в процессе спекания большую роль играет размер частиц порошкообразного тела и их взаимное расположение. В данном хе случае такой закономерности не наблвдается, поскольку опоки по своей структуре являются тонкодисперсными "отпрессованными цриродой" кера -ыяческими массами, огневая усадка у которых одинакова для зерен различной крупности. Таким образом, у опак процесс спекания и температура обжига зависят от химико-нинерального состава и структурных особенностей сырья. Так, журавская опока (глинисто-карбонатная), содержащая меньше тугоплавкого кремнезема и больше плавней ( к2о, На2о, Cao, ligo, Fe2o3 ), спекается сильнее, чем бананская, в которой больше кремнезема, а плавней меньше. Баканская опока отличается повышенной порис -тостью, что также оказывает влияние на процессы, происходящие при обжиге. Рост прочности и плотности черепка с увеличением тонкости псмола сырья обусловливается возрастанием общей площади контакта зерен и их более плотной упаковкой.

Тонина помола опак в исследованной области значительного влияния на водопоглощение и химическую стойкость черепка не оказывает. Эти параметры пропорционально зависят от степени его спекания. В целом обожженные опоки, как и все высококремнеземистые материалы, малоустойчивы к щелочным (36,3...64,3$), но несмотря на свою повышенную пористость, отличаются доста -точно высской кислотостойсостью (92,9...96,IÜ).

Исследование физико-химических и фазовых преобразований, происходящих в опоках при обжиге, показало, что с увеличением температуры опаловый sío2 опок переходит в кристобалит. Но только при температуре П00°С на рентгенограммах проявляются все шки, характерные для этого минерала, Кроме того, наблвдается зависимость степени кристалличности кристобалита в обожженном материале от структурного совершенства опалового кремнезема в исходной породе. Так, наибольшая интенсивность пика опал-криотобалита на рентгенограмме природной баканской опоки сохраняется и на рент ген ограше обожженных образцов. В карбонатных опоках за счет высокой реакционной способности опалово-

го ЗЮ2 и тонкозернистости кальцита уже при 900...350°С обжига обнаруживается минерал волластонит (Са0*зю2). Положи -тельное влияние этого минерала на свойства керамического че -репка общеизвестно. При этом свободная СаО отсутствует. Макроструктуру материала в целом можно характеризовать как крипт о-кристаллическую, так как под электронным микроскопом при многократной увеличении иикрокристаллитов кристобалита не наблюдается. Данным обстоятельством, наряду с микропористостью материала и невысоким структурны!« совершенством кристобалита, модно объяснить отсутствие отрицательных явлений, происходящих при полиморфных превращениях (220...280°С) этого минерала. Таким образом, при исследовании преобразований, протекаидах в процессе обжига» установлено, что рост прочности черепка на основе ошжовидного сырьд происходит как за счет спекания, так и в результате раскристаллизации опалового кремнезема. Большую роль в процессе спекания играет глинистые минералы (в основной гидрослвды), так как они являются наиболее легкоплавкими вецественнта компонентами опок и выступают минера -лизаторами в процессе раскристаллизации опалового кремнезема. При П00°С образца более лепсопдавклх глинистых степанрааин-сеой и ауравской опок приобретают признаки 'пережога, при этом их микроструктура характеризуется натековидняы типом поверх -ности.

В пятой главе представлены результаты получения пресс-опокобетона на обжиговой связке и основы расчета параметров его получения. Изучение дообхиговых и обжиговых свойств опок, их вещественного состава и структурных особенностей показало, что они представляют собой готовую для применения природную шихту, уплотненную диагенетическими процессами до камнвводного состояния. В этих породах, что обусловлено минеральным составом опса, чаде воего присутствуют в рациональном сочетании важнейшие оксиды, обеспечивающие получение качественного че -репка: 3102 - А12<>3 - Ре203 - Н20 И 3102 - А120^ - СаО -- Ре2<>2 - Н20.

Помол такого сырья в исследованной области не изменяет степень дисперсности его вещественных составляпцих (опаловые, глинистые, кварцевые, карбонатные частицы) и, как следствие,

степень спекания сыри. Подтверждением этому служат относительно постоянные значения огневой усадки сырьевых смесей с разной степенью измельчения. Поэтому наиболее рациональным решением проблемы качественной подготовки сырьевой смеси является не максимально возможное ее измельчение, а объединение способом полусухого прессования зерен опоки в тело с заданными формой и размерами. Для экспериментального подтверждения предположения о 'том, что опоки являются "отпрессованной природой" керамической шихтой, из различных кусков опок выпиливались образцы-кубы, которые подвергались обжигу в интервале температур 900...П00°С. Б результате эксперимента выявлено, что такие цельновыпиленные образцы отличаются достаточной для стеновых материалов стойкостью и прочностью (10...40 МПа). Характерно, что даже при скоростном режиме обжига в них отсутствуют трещины, деформации и дефекты, связанные с наличием кальцита (в карбонатных разностях).

Поскольку свойства изделий, получаемых по методу полусухого прессования на основе опок, определяются совокупностью таких факторов, как вещественный состав сырья, температура обжига, степень измельчения сырьевой массы, формовочная влажность и давление прессования, то при разработке технологических параметров производства изделий оценивалась значимость этих факторов для данного материала. С учетом этого для каж -дой литологической разности опок были проведены детальные исследования с применением метода математического планирования (трехфакторный эксперимент типа В^).

С учетом того, что сильное влияние на свойства сырца и обожженных изделий оказывает степень измельчения опок, в сырьевой смеси контролировалось содержание следующих фракций, мм: 0-0,14; 0,14-0,315; 0,315-0,63; 0,63-1,25; 1,25-2,5; 2,5-5,0; 5,0-10,0. Установлено, что фр. 0-0,14 мм обеспечивает связь массы, т.е. по сути представляет собой связку, обладая достаточной пластичностью и связующей способностью. Фракция 0,155,00 мм является мелким заполнителем; 5-10 мм - крупным. Принятая наибольшая крупность зерен 10 мм обусловливается конструкцией изделий - пустотные кирпичи и камни. Кроме того, увеличение содержания крупных фракций в прессуемом порошке уменьшает количество воздуха, так как из мелкозернистой массы воздух удаляется труднее. При этом значительно снижается коэффи-

циент уплотняемости пресс-порошка. По своим структурным особенностям такой материал может быть назван пресс-опокобетоном на обжиговой связке.

Фракционный состав измельченного материала контролировался с помощью коэффициента сбега, который наиболее точно отражает количественное соотношение содержания различных фракций по массе. С учетом.всех условий коэффициент сбега изменялся в пределах от 0,8 до 1,6. С увеличением коэффициента сбега возрастает содержание мелких фракций связки (0-0,14 мм) при соответственном уменьшении количества мелкого и крупного за -полнителя.

Формовочная влажность изменялась в интервале: для более глинистой степанразинской опоки - 12...24^, для баканской и журавской - 15...25/5. Превышение этого интервала приводит к прилипанию сырца к форме, отжиму воды и т.д.

Давление прессования варьировалось в пределах 100...300 кгс/см^, что соответствует рабочему давлению, принятому на дейстдувдах предприятиях по способу полусухого прессования. Превышение этого давления приводит к образованию перепрессо -вочных трещин, скачкообразно снижающих прочность изделий при изгибе.

В результате реализации плана эксперимента получен пресс-опокобетон на обжиговой связке, характеризующийся широким диапазоном физико-механических свойств (табл.3). При этом морозостойкость материала повышается с увеличением его прочности и для степанразинской и журавской опок достигает 35 циклов, баканской - 25.

На основании проведенных исследований составлены номограммы, позволяющие легко определять значения технологических параметров, необходимых для получения изделий с заданными свойствами (см. рисунок). Режимы обжига для изделий (утолщенный кирпич) из пресс-опсясобетона на обжиговой связке устанавливались экспериментальным путем. Предложены эффективные режимы с продолжительностью 32...38 ч. Установлено, что с повышением степени измельчения сырья, влажности, давления прессования про -должительность обжига возрастает. Интервалы обжига для различных литологических разностей опок составили: степанразинская

- 940...1050; журавская - 950»г.1050; баканская - 1000...ПОО°С.

Тайгшца 3

Физико-механические свойства пресс-опокобетона на о&га гобой. связке

Свойство

! Евдши-! да из! мере-1 ния

'/есторовдеше

Степан-разинское

Г журавское!' Баканское

1 I

5,8-28,3 5,4-28,7 2,8-20,9

Предел прочности

при сжатии МПа Предел прочности

при изгибе МПа 1,3-5,4 1,4-6,0 0,6-4,1 Средняя плотность кг/м3 1360-1559 1355-1480 1210-1370 Коэффициент теплопроводности Вт/ 0,44-0,55 0,42-0,52 0,39-0,47 (м-°с)

Экспериментально-теоретические исследования послужили основой разработки основных положений расчета параметров получения пресс-опокобетона на обжиговой связке, состоящего из четырех Зтагов. На первом этапе определяются химико-минералогический состав, свойства и керамические характеристики сырья. На втором - проведятся математическое планирование и реализация плана эксперимента. На третьем - результаты эксперимента обрабатываются с использованием методов математической статистики на ЭВМ по существующим программам. На четвертом этапе результаты расчета параметров поучения пресс-опокобетона на обжиговой связке интерпретируются графически (см.рисунок).

В шестой главе приведены результаты опытно-промышленной апробации и дана технико-экономическая оценка предложенной технологии. Составы пресс-опокобетона и технологические параметры изготовления стеновых изделий прошли опытно-промышленную проверку на кирпичных гаводах п/о "РостовстроЛматериалы". Шла подтверждена целесообразность и эффективность предложенной технологии. Полученные изделия имеют высокую прочность и низкую плотность, а также приятные светло-желтые, розовые, оранжево-красные цвета. Производство и использование таких изделий да -дут значительный экономический эффект в сравнении о кирпичом

Изолинии основных свойств обяигового пресс-опокобегона:Степан-Разинская опока (А),1у-равская (Б), Баканская (В).

100

200 300 100 200 ЭОО 100 200 Давление прессования,кгс/си2

ЭОО

100 200 ЭОО 100 200 ЭОО 100 200 Давление прессования кгс/си2

300

100 200 ЭОО 100 200 300 100 200 ЭОО Давление прессования кгс/сц£

Кеб. - коэффициент сбега,характеризушщй зерновой состав сырьевой смеси

-- предел прочности при сжатии свежеотформованного образца, МПа

-- предел прочности при сжатии обожженного образца,

------ средняя плотность, г/см

глиняным и составят в среднем около 900 руб. на Ю тыс.условного кирпича (в ценах 1991 г.). Кроме того, сооружения из этого материала улучшат облик наших городов и сел.

ОБЩЕ ВЫВОДЫ

1. Установлены химико-минералогические а структурные особенности опок различных диалогических разностей, их до обжиговые и обжиговые свойства, возможность использования в качестве сырья для эффективных стеновых керамических изделий.

2. Выявлены физико-химические процесс'ы, происходящие при. обжиге опок. Показано, что опаловый кремнезем в процессе обжига переходит в кристобалит и с повышением температуры этот процесс интенсифицируется. Основной кристаллической фазой в материале, обожженном до Ю50°С, является кристобалит невысокой степени кристалличности. В карбонатных разностях опск за счет высокой реакционной способности опалового кремнезема уже при 950°С наблвдается образование волластонита. Установлено, что отсутствие дефектов черепка, связанных с полиморфными превращениями кристобалита, предопределено низкой степенью кристалличности этого минерала, а также тонкопористой структурой черепка.

3. С учетом вещественного состава, структурных особенностей и механизма|спекания опок теоретически обоснована и практически подтверждена эффективность получения стеновых изделий с широким диапазонов свойств из пресс-опокобетона на обжиговой связке. j'

4. Исследование сырья различных месторождений позволило определить для каждой литологической разности опок свои рациональные параметры технологической обработки и их значимость для получения качественных изделий. Установлено, что наибольшим коэффициентом конструктивного качества отличаются изделия на основе глинисто-карбонатных опок.

5. Определены параметры термической обработки пресс-опок о-бетона на обжиговой связке, совмещающие сушку и обжиг изделий

в одном тепловом агрегате за счет хороших сушильных свойств опок и структуры материала. Разработаны режимы, обеспечивающие снижение топливно-энергетических затрат при обжиге изделий.

6. Разработаны основы расчета и изготовления пресс-опоко-бетона, учитыванцие взаимосвязь свойств сырьевых материалов и технологических факторов производства, определяющие получение изделий с заданными физико-техническими характеристиками.

7. Разработанную технологию получения изделий из пресс-опокобетона на обжиговой связке можно использовать на действующих кирпичных заводах с полусухим способом прессования при незначительной их реконструкции. Опытно-промышленными испытаниями лодтверздена ее эффективность.

8. Использование опок в качестве сырья для получения качественных обжиговых стеновых изделий позволяет не только уменьшить затраты на их производство, но и значительно расширить сырьевую базу промышленности керамических строительных материалов.

9. Расчетный экономический эффект, связанный с производством и эксплуатацией стеновых керамических изделий из опоковид-ного сырья в сравнении с кирпичом глиняным, составляет в среднем 900 рублей на 10 тыс.пи. условного кирпича (в ценах

1991 г.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Талпа Б.В., ЬУрлаков Г.С., йэтляр З.Д. Влияние глинистых минералов на раскристаллизадию опалового кремнезема при обжиге диатомитов // Тез.докл.Всесоюз.конф. ВШ. - Тюмень,1991.

2. Бурлаков Г.С., Котляр В.Д., Козлов A.B. Опоки - новое нетрадиционное сырье для эффективной стеновой керамики // '¿Экологические аспекты технологии производства строительных мате - . риалов: Гез.докл. Всесоюз.конф. - Пенза, 1992.

3. Бурлаков Г.С., Талпа Б.В., Козлов A.B., Котляр В.Д. Структурные и фазовые преобразования, связанные с термообработкой кремнистых пород / Деп. в. БШЭД1И. - № 1125-ВЭЗ. - М. ,1993.

4. Котляр В.Д. Исследование опок в качестве сырья для стеновых керамических материалов / Деп. в ВИНИТИ. - № II28-B93. - М., 1993.

5. Котляр В.Д. Исследование преобразований опалового кремнезема при термообработке < ' ~~ "ШИГИ. - JS II27-B93.-

М., 1993,