автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Свойства сырца и керамического камня для крупноразмерных изделий со вспучивающимися компенсаторам огневой усадки

Санкт-Летербургоетй ордена Октябрьской Уоволипии и ордене Трудового Красного Знамени,, Еняенерло-отроитвльный институт '

Еа правах рукояяса

ТЕСТОВА . ИРИН! . НИКОЛАЕВНА. .. /

УЖ 666.3.0161666.3^022.69:691.42: 624.073

■ СВОЙСТВА СЫРЦА И КЕ7А1ШЕС1ЮП) КАЫШ Ш ' КРУПНОРАЗМЕРНЫХ ИЗДЕЛИЙ СО ВСШ^АЩШСЯ'

НСШЕНСАТОРАМИ ОГНЕВОЙ УСАДКИ - . ■ - =.

■"'■■•' ■ -. * • ' "

05.23105 - "Строзтельнне ттериыш ь изделия"•

Автореферат ' •:.;.'_ : '':■.

диссертации на соксзсякае ученой степени" кандидата технических ндук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Санхт-Петербуогском ордена Октябрьской Революции и ордзня Трудового Красного Знамени инженерно-строительном институте

Научный руководитель - доктор технических наук, ;

• профессор А.П.Пожнш ,

Официальный оппоненты - доктор технических наук, , профессор П.Г.Комохов;

■ кандидат технических наук, .доцент 11. В. Мещерякова

. Ведущая организация - Производственное объединение

' строительык ма^ериагов "Победа'

Защите диссертации состоите* 19931

в п- ьо на ..заседании специализированного Совета К 063. 31.02 при Санкт-Петербургском инженерно-строительном институте яо адресу: 198005, Санкт-Петербург, 2-я КраонЬагь мейская ул., д.4 ...

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке институт Автореферат разослан " " &¿/2^ ^992 г.

>чень'й секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

Е. А. Козла

общая харашристикл рабой. •

Актуальность темы. Керамика, успешно пркг/e ляьлаяоя в архитектуре в течение многих столетий, ш только на утрачивает своего значения, ко и до сих пор остается одним из наиболее распространенных строительних материалов. На ХЛ Мездународ-яой конференции европейских производителей.кирпича и черепной /май 1991 г., Лондон/ подчеркивалось, что керамические материалы долговечны,"экологичны и,в наибольшей степени отвечают требованиям биологической комфортности жилища. Однако трудоемкость возведения стен кирпичншс зданий ограничивает широкое исполгзозание керамики в индустриальном строительстве, темпы .которого резко возросли в европейских странах после второй мировой войны. .

Ведущие, фирмы-производители оборудовали для производства кирпича /Серик, Келлер, Хендле» Ажемак. Моравдо, Бсндаиани и'др./ разработали различные типы мощных ленточных прессов, .позволяющее формовать крупноразмерные керамические изделия. Практика производства и применения эяструзшнждс панелей в • странах Западной Бардин' показала возможность значительней экономии топливнис, энергетических и сырьевых ресурсов, рост производителькооти труда вследствие механизации Ьтооительных работ, ускорение оборота капиталевлоаений. Но несмотря на значительные преимущества керамических панелей перед малко-размершмп изделиями, они выпускаются лишь несколькими европейские фирмами. Это'связано с технологическими проблемами стшженйя неравномерных усадочных деформаций крупноразмерной керамики при сушке и обяиге. Поэтому все составы шихт и способы изготовления панелей запатентованы.

В налей стране с'начала 80-х годов в Главлениетрадстров по постановлении Совмина СССР было создано научное срсектш-строительнсв объединение /НПСО/'"Керамика". Основной задачей НПСО являлась разработка технологий производства GxSiSCTBSH-кнх крупноразмерйых керамических изделий. При.изготовлении панелей в экспериментальном цехе НПСО использовалась обычная кирпичная штата. поэтому получаемые изделия имели множество

дофектов как после сутаки, так и после обаига. В технических условиях на коугшора8морную керамику, разработашнг в объединения сэемвсгно о ЦЙИИСК тс.Б. А Кучеренкл,' отмечалось от-сутотрив отатьстичёокц достоверных прочностных характерно гик панелей вследствие нестабильности их свойств. Поэтому с цель, дальнейшего ссвершекатвоаанЕЯ технолох-иа и разработки методов расчета конотрухцяй из керамических пааолей руководство Главле нинградстроя и НПСО "Керамика" привлекая к работам ¡кафедры нелезобетонннх конструкций, строительных материалов и отраслевую ьаучно-иссле^оаахальскую лабораторию испытаний соору*ений ./0ШШ1С/ ЛИСИ. Данная работа является частью комплексных исследований •крупноразмерных экструзионных херамиче' ких панелей, выпускаемых в НПСО. '

Цель и задачу таботы. Целью иоследовянвЦ являлось создание керамических пиост с© вспучивающимися компенсаторами огневой усадки для производства крупноразмерных изделий. Для достижения поставленной цеди в рабств решались слздумцие задачи. :

1. Изучение влияния степени гидратации и гранулометрического состава добавок на усадочные деформации керамика.

2. Исследование влияния добавок на формовочные свойства

шихт.

3. Изучение влияния добавок вэршкулита-сырца и гвдфо-. слюд не. физито'-тиеханичесше свойства сырца и обожженного камня.

4. Изучение возможности применения вармикудптовой руды в керамических шихтах.

5. Разработка составов шихт, обеспечивающих производство высококачественна крупноразмерных изделий.

6. Экономическое обоснование применения вспучивающихся добавок для производства крупноразмерных изделий.

Научная новизна. Впервые исследовано влияние добавок невзпученных вермикулита и гидрослюд на свойства сырца и обожженного камня. Показана перспективность их применения для производства крупноразмерных керамических изделий. Установлен эффект упрочнения керамики, содержащей 2-5$ вспучивающихся

добавок. Предложена гипотеза, объясняющая повышение прочности керамического камня, содержащего малые' дозировки вермикулита-сырца и гидрослад,.

Праг^ти^еско^ значение ряботц. Предложены составы шихт со вспучивающимися добавками, 'применение которых способствует еюссению общей усадки керамика почти в 2 раза, средней плотности - яа 10-13%. Полученные изделия отличаются однородность») свойств и низкой дефектностью вследствие улучиенкя формуечости шихта и уменьшения неравномерности усадочных деформаций материала при сушке и обжиге, а также высокой декоративностью. Возможность производства"крупноразмерных панелей и кирпича доказана выпуском опытных партий в производственных условиях.

Вопррды. выносящиеся на' защиту. . •

1. .Влияние вспучивающихся добавок на усадочные деформации сырца и керамического камня.

2. Свойства керамики, полученной из кихт с добавками вермикулита-сырца, гидрослюд и верглкулитовой руды,-

3. Свойства крупноразмерных изделий, полученных из штат с добавками вермикулита-сырца.

Апробация работы. По основным положениям диссертационной работы сделаны доклады на трех научных конференциях ЛИСИ. По материалам диссертации опублркезага статья, получены авторское свидетельство "Масса для изготовления карашкя, прзимуществен-5ю крупноразмерной" и полозгателъное решение по заявке на изобретение "Масса для'строительной керамики".

Диссертационная работа состоит из введения, 0 г лат. общих гыгодов, списка литературы и 6 приложений. Изложена яа

И4 страницах, из них текст занимает 73 страниц, таблицы /,2?/ и рисунки /27/ - ЗЬ страниц, список литературы /1 20 ' наименований/ - страниц, приложения --19 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во^веаении обосновывается тема диссертации, приводятся положения, вынесенные на защиту.

Пегвал глуп посвящена обзору литературных данных о раз-

витии производства крупноразмерной керамики я развитии технологии ее изготовления.

Интенсификация строительства и необходимость улучшения условий труда каменщиков привели к созданию крупноразмерных издэлий как из кирпича, тая к монолитных керамических блоков, и панелей.

Анализ литературных данных показал., что производство отрпичных к виброкирпнчшх панелей» начавшееся в нашей стран? в 50-е годы, имеет ряд недостатков. К ним относятся необходимость применения кирпича, цемента,'стальной арматуры и металлических форм, увеличивающих себестоимость виброкирпичных блоков и панелей. Перечисленные недостатки* а так же недоработки конструкций и узлоз соединений панелей иг кирпича вызвали в 70-е года резкое сокрзлюние ж производства.

Дальнейшим шагом в развитии и совершенствовав технологий крупноразмерной керамики явильсь разработки В.Г.Прожоги, Л.В.Калугиной и Б.Г-Непомнядего, которые предложили различна способы изготовления монолитных блоков и панелей из местных глш. Данные изделия не получили промышленного ргспростране-нля вследствие малой прочности. К недостаткам предложелнах методов также относятся необходимость применения опалубки а цикличность производства панелей.

. В 70-е годы в Западной Европе начался выпуск крупнораз-керамических изделий, отформованных из глиняных масс штодом экструзии. Зарубежные строители отмечагт следующие преимущества данных панелей: *

- ликвидируется работа каменщиков, улучшаются условия ' труда ча стройплощадке, снижается трудоемкость возвеченая ст

- применяются местные глины, полностью заменяются кирпич и бетон;

- экономится сырье вследствие высоких прочностных и тег лотехнических свойств панелей;

- снижаются транспортные расхода, энергозатраты на под-готов^ шкхти, формовку, сушку и обжиг вследствие уменьшена на 30~В0% расходов сырьевой массы нэ 1м3 стены;

-на 20-30$ снижается стоимость зданий по сравнению с

кирпичншли и железобетонными крупнопанельными, что обеспечивает ускоренный оборот кап италовл оиений.

Главным препятствием для массового применения керамических панелей является сложность их изготовления. Требования к величине и стабильности усгдочнкх дефор?/.аций, прочности изделий ужесточаются с увеличением их размеров. Сырьэ, применяемое в производстве .крупноразмерных 'панелей, должно обеспечивать появление малых и равномерных усадочных деформаций, а также повышенную прочность свенесформовавяого бруса, высушенного сырца я обожкеяного камня.

Именно эти причины не позволили наладить выпуск отечественных экструэяонных панелей, экспериментальное производство которых началось,в конце 70-х годов в Ленинграде. Здесь, на базе ШСО "Керамика", были апервыа в стране получены панели размерами 300x600x3000 мм. На йтй изделия были разработаны технические условия ТУ-401--07-01-88, потовые регламентировали размеры, их предельно допустима отклонения, марки по прочности и морозостойкости.

Предложенная технологическая схема и состав шихтн /гли-ка.'ивсзк:вода=0:6:0 по массе/ не позвегг-шг наладить серийное производство изделий надлежащего качества вследствие недопустимо .большого количества брака. Несмотря на мягкие к длттель-ше режыиг сушки и обжига /12 час.+ 72 час./, неизбежные- перепады температур в печном пространстве приводили л развитию неравномерных усадочных деформаций, искривлению панелей, образованно трещин. В результате прочность панолей оказывалась в 10 и более раз менте, чем прочность их неповрежденных фрагментов.

Учитывая актуальность темы, в ШСО "Керамтса" совместно с лабораторией строительных материалов СПбИСИ бпли проведены исследования по созданию малоусадочных шихт я повышению качества панелей.

При проведении данной работы предполагалось что сниже-тае усадочных деформаций могхет бить обеспечено введением в шихту вспучивающихся при обнлге материалов. На этапах формования и сушки данпыё добавки будут выполнять душщли отощи-

телей. В качестве таких компенсаторов огневой усадки могут оыть использованы гидроолюды /верми'кулиг, гидрофлогопит, гидробиотит/, зерна которых в интервале температур от 700 до Э50°С способны увеличиваться в размерах до 20 и более раз. Помимо снгженки усадочных деформаций, вспучивающиеся добавки долмы способегъоиать снижению средней плотности изделий, повышению их теояотехкичесюя. и акустических свойств. Запасы вермикулита в СНГ по 25 открытым месторождениям составляют около 200 млн.тонн. Большая их часть находится на территории России.

Во второй ЛУЩ§ дается характеристика применявшихся ма- ' териалов и методика лабораторных исследований.

Большинство экспериментов выполнено с использованием вермикулитоворо концентрата Ковдорского месторовдениа, в дальнейшем именующегося как вермикулит-сырец. Для сравнения влияния'материалов с различной степень® гидратации на свойства керамики в работе использовались также'гидрослгода - гидрофлогопит и слюда - мусковит.

Гранулометрический соотав применявшихся грубозернистых компонентов соответствовал требованиям, предъявляемым к паску с модулем круаности 2-2,5 /ГОСТ 8736-85/. Материалы с таким зерновым составом рекомендуются и.качестве грубодиспер- ■ оных добавок в производства керамики. '

Тонкодисперсными компокзнтами исследуемых шихт служили легкоплавкие шгаотичьыз и умеренноиластичные глчны уральского и северо-западного регионов. •

Вермикулит-сырец и вермикулитовая руда Потанинского месторождения использовались с ревдинской пластичной глиной И-р^вдинским умереннопластичным суглинком. Вермикулит Ковдорского месторождения применялся в сочетании со средкапластично! кембрийской глиной, являющейся основным глинистым сырьем промышленности керамических материалов северо-западного региона, а так 26 с умереннопластичным ижевским суглинком.

Подготовка сырьевых материалов и изготовление образцов проводились по общепринятым лабораторным методикам. При определении свойств керамики со вссучиваюадмиоя добавками прпме-

нялись специальные методики. Исследование -кинетики деформаций обжигаемых материалов проводились дилатометрическим методом. Для изучения кинетика спекания измерялась электропроводность керамики. Общее количество стеклофазы обожкенгаг* материалов определялось-на-тонких прозрачных шлифах во ВНКИФарфора. Дополнительно- для исследования влияния добавок на формирование керамического черепка использовался метод акустической эмиссии. Определение теплопроводности материалов проводилось методом цилиндрического зовда, разработанного кафедрой физика СПбИСй. Морозостойкость крупноразмерных изделий определялась по традиционной методике и экспрео-ме-тодом, разработанным во ВНИИтеплоизоляпиа-

Третья глава посвящена изучению свойств керамических материалов с добавками вермикулита-сырца.

Одной из предпосылок использовешия вспучивающихся добавок для снижения огневой усадки изделий грубой керамики является то обстоятельство, что их термическое расширение, в .частности у кгвдорского вермикулита, происходит лш температурах близких к интервалу интенсивной огневойусадки легко' плавки* глин.

В подтверждение данной гипотезы были проведены эксперименты по изучению температурных деформаций образцов из шихт. срдержащих вермикулит-сирец. Кинетику' ргив.;тия деформаций материалов з зависимости от температуры достаточно полно характеризуют дилатометрические кривые обхига /рис.1/.'

Анализ получение данных показывает, что.при введении добавок вермикулита-сырца наблюдается смещение перегиба кривой, характеризующей спекание кембрийской глины, в сторону повышения температуры. Таи, образцы, содержащие 30% добавки вермикулита фракции 0,315-0,. 63 даже прч '! 000°с дают расширение +0,03$. Вспучивание добавок компенсирует усадочные деформации керамической матрицы.

Керамика, изготовленная из глины с добавками невспучен-ного вермикулита, является новым материалом. Литературных данных о введении добавок вермикулита-сырца в шихту обнаружить не удалось. Поэтому для прогнозирования свойств данного мэ-

ириала. необходимо знать влияние каздой отдельной фракции: добавки. Результаты экспериментов представлены ь таблице"!,

Дилатометрические кривые деформаций керамики о ■ ЗО^шм содержанием вермикулита различных фракций • +а,5

, 0,0

v».

м -1.0

« .

<г -4,5

В:. -

0

1 >3,0

о

я

-7,5

I

II - и/

---- Г'*"" "*• """ 4 - >> ту 11

л.

I I .

•

200 40С 600 800 1000 1200 Температура обжига, °С

Обозначено: 1 - кембрийская глина без добавок; ' • 2 - го «в о добавками вермикулита-сырца

фракции менее 0,14мм;

3 - то же с добавками вермикулита-сырца

фракции 0,14-0,315мм:

4 - то Ее с добавками вермикулита-сырца

фракции 0,315-0,63мм.

Рис. 1

Влилние гранулометрического состава вермикулита-сырца на свойства керамики

Таблица 1

Исследуемые составы

Свойства керамики, "Ь обж. = 950°С

усадка,$.

воз-- огне- об-душ- вая4 щая ная .

средняя вода-■' предел ■ плотности погло- прочности кг'/м3 шере. при ежа- '

%

тии,- Ша

Кембшйскал глина без-добавок

5,0 3,4 8.4 • 1950.

9,2 33,6

То же, с до- 10 баьками вер-микулита-сыр-па фракции 20 <б,Т4. -зо % по массе

4,4

3.1 3.0

3.2

3,? 3,5 3,1 3,0

7,6 6,£ 6.2 6.1

То ке,

фоащик

0,14-0,315

10 15

3,4 2,о

2.7 2,5

20 2,5 2.2

30 2,3 2,2

То же,-

фракции 0,315-0,63

Ш 15

3,5 2,4

2,г г,г

20 2,1 1,9

30 1,9 1,7

6,0 5,2 4,7 4,5-

5,9 4.3 .4,0 3,6

1940 1900 1900 1890

1900 1870 ¡850 1850

1860 1840 183» 1800'

9,7 10,5 13,6.

15.0

10,5 14,4 и, 7 16,4

~6 14,7

10.1 16.7

34,9 31,2 27.5 23,2

ИТ 28;0 25,2

20.-I

зёГо

19,5 15,5 12,0

То же, фраотии О; 63-1,25

10 3,0 2.0

15 2,2 1,8

10 2,1 1,8

30 1,4 1,7

5.0 1860

4.1 1820 3,9 1800 3,1 1780

12,0 14.9 16,0 17,0

35,1 18,1 (2,0

8,9

Эксперименты показали, что для создания малоусадочных шихт с пониженной средней плотностью необходимо увеличивать как количество, так и размеры зерен вермикулита-сырца. Критерием верхнего предела дозировки будет являться только проч-

ностъ материалов, которая с повышением количества вермикулита снижается.

При производстве грубой строительной керамики грубозернистые компоненты шихт имеют как правило, подифракционный состав с шксимальным размером зерен 2-3 мм. Влияние добавок Полифра(омочного гранулометрического состава на свойства керамики исследовалось'с применением двух глинистых пород: кембрийской глины и ижевского суглинка. Изследованкя показали, что по сравнению с Ижевским суглинком кембрийская глина образует более плотный и прочный черепок и отличается большими усадочными деформациями. Йо характер зависимости практически не изменяется. В сравнении с образцами, сформованными из глш без добавок, общаяусадкс. керамики снижается в 1.7 раза при ЗОЙ-ном содержании вермикулита и в 3,5 раза — при 50/Ь-ном. Средняя плотность материалов также зависит от дозировки вер- • ми кулага-сырца, уменьшаясь с увеличением последней. '

Для производства керамических изделий с пониженной средней плотностью и малыми усадочными деформациями можно рекомендовать введение в шихту 15-30£ вермикулита-сырца подифрак-щюнеого состава /по массе/. Дальнейшее увелинение дозировки добавки нецелесообразно, так как это приводит к значительной потере прочности материала.'

Важно отметчть, что у материала, содержащего Ъ% верйику-лита сырца, имеет место существенное увеличение прочности в срезнс нии с образцами,* изготовленными с другим? дозировками . добавки. Литературных данных по вопросам упрочнения керамических материалов с добавка1® вермикулита не обнаружено. П.Г Комоховым отмечался прирост прочности плотных бетонов, содержащих 256 Еспученного вермикулита, вследствие компенсации напряжений трещинообразования при хрупком разрушении.

Как показали эксперименты, упрочнение керамики, содержащей небольшое количество вермикулита, не связано с повышением трещиностойкости изделий^По-видимому, добавки вермикулита-сырца оказывяют влияние на формирование керамического черепка. Обжиг, формирующий эксплуатационные сзойства керамических изделий, сопровождается не только упрочнением, но и деструкцией материала. Рост прочности связан со сложными процессами

спекания и утлотнэния чере„ка, которые, в свою очередь, приводят к возникновения внутренних напряжений и образованию микродефектов структура. Поэтому в дальнейшем исследовалось влияние малых добавок вермикулита-сырца как на ускорение спекания, так и на изменение напряженно-деформированного состо-. яния образцов в процессе обжига.

В данной работе процесс спекания контролировался измерением величины электрического сопротивления формирующегося керамического черепка. В опытах сравнивалась электропроводность образцов из кембрийской глиша а глины с добавками вермикули-т.-.-сырца. Дололнктепьяс лодочитыватоь количество стеклэфазы в шлифах исследуемых образцов.

Изучение кинетиют опеканчя и микрос"рукт.тзп материалов ликасало, что вермикулит ускоряет процессы жидкостного спекания керамики. Однако, несмотря на увеличение объема цементирующего вещества, прочность материалов, содержащих евычю 10$ добавки. уменьшается вследствие низкой" прочности зерен \ вермикулита. Напротив, малые дозировки добавки не могут существенно влиять на образование силикатные расплавов э керамике. По-видимому, упрочнение образцов ^связано с уменьшением деструктивных процессов, происходящих при обжиге. , Известно, что при спеканий глинистые породы претерпевают сложные физико-химические превращения. Лц)бые структурные изменения генерируют волны напряжений. Рост внутренних напряженна, в свою очередь, вызывает развитие микродефектов, снижающих прочность материалов. Поэтому, при сопоставлении данных, характеризующих изменение напряжений черепка.в пооцессе обжига, можно судить о влиянии различных факторов на прочность керамики. . .

Исследование напряженно-Деформированного состоянгя материалов проводилось с помощь» метода акустической эмиссии /АЭ/. Отмечено снижение обшей суммы АЭ-импульсов на этапе изотермической выдержки, которая способствует наиболее полному протекании процессов спекания керамики. По-видимоыу, вспучиваясь, добавки ве рмккулита-сырца создают прбднапряженче матрицы. На этапе изотермической выдержки происходит интенсивная усадка керамики, сопровождающаяся возникновением ежи-

мающих напряжений. Предположительно, в результат« кокпенсг внутренних наирякений материала уменьшаетея интенсивность образования мпкродефектов. при этом возрастает вязкость рг рушения керамического черепка. Минимальнее количество АЭ~с налов на этапе изотермической выдержки зафиксировано у образцов', содержащих 5% добавки. Но зерна вермикулита, имеюа низкую прочность, сами являются дефектами структуры. Поэте увеличение дозировки.с 2 до 5% оказывает значительное влш; ние на уменьшение прочности керамики.

Изучение данных вопросов заслуживает проведения споце альных исследований. В целом, для повышения прочности керг мических изделий пластического формования можно рекомевдо* введенке.в-шихту.2~Ь% вермикулита-сырца.

Четвертая глава .посвящена исследованию свойств кеоамя с добавками гидрослюд и.вермикулитовой руды с целью выяви кия возможности использования,более дешевого ецэья, чем вг .микулит. Поскольку средняя насыпная плотность чеобожженнш слюд зналтельно'.меньше, .чем у глины и вермикулита, исполг аовалось объе^-юе дозирование компонентов. Результаты экс г римеитов приведены на рис.2-4. ' ! ■

Из графиков.видно, что по мере увеличения степени гщ ратации слюд снижаются усадочные деформации керамического репка, растет его водопоглощенаэ. Наименьшую среднш'плотность имеют образцы с добавками"гидрослюд.:Это объясняете тем,"'что их средняя насыпная'плотность ниже, чем. у обожже! ного мелкозернистого-вермикулитового концентрата гидрослюд с коз^флщиенгом вспучивания 1,5, добавки гидрослюд, имеапа меньшую насыпную .плотность, оказывают большее влияние на снижение средней плотности керамики.

Таким образом, для улучшения физико-механических ово£ ке^шшт чоадо,рекомендовать шихту, включающую. 70% глинист го домпонзнта и 30% вспучивающихся добавок гидрослюд по ос ему.

На качество керамических изделий большое влияние ока: вает формуемость масс, особенно при больших давлениях. В $ де работ было отмечено улучшение формовочных свойств глин гведении добавок неполученных гидрослзод и вермикулита. Че-

шуйкл вермикулита, ориентируясь параллельно нрправленив экструзии, снижают внутреннее трение массы и в кгчой-то мере выполняют функции смазки.

Зависимость усадочных дефошациО керамики от степени гидратации слвд

. . Количество добавок, % по обьеыу

Обозначено: 1 - кембрийская глина с. добавками. . . вермикулита-сырца;

2— то же, с добавками гндрофлогопиТе;

3 - то же с добавками слабогидратипованного

флогопита;

4 - то же с добавками мусковита; -- общая усадка образцов:

---- огневая усадка образцов.

Рпо.2

• Рис.-З

Для -оценки формуемости были проведены эксперименты по определении бокового давления масс на стенки мунштука и наз руЯ'-'К на двигатель лабораторного ленточного пресса. йсслед( ваьч.я показали, что добавки вермикуллта-сырца и гадрослюд, улучшая формовочные свойства масс, позволяют уменьшить фор-мсвочнуг впаяностг: на 2-5%, что влечет за собой двухкратна снижение усадочных деформаций сырца. Лучшие формовочные св< ства обеспечивают добавки гидрофлогопита. Зерна вермикулит«

ырца по сравнению с гидрослвдой имеют несколько большую толкну и, соответственно, оказывают большее сопротивление слви-'у в глияяшой кассе.

Загисймос'^л прэчгости керамики о* степени гидоатагии стгод 30

25

20

я

с* О

0

9

1 ё

I &

15

10

7,5

"1

• ...4

,0 2 5 15 30

Количество добавор, % по объему Обозлачено: 1 - кембрийская глина о добавками вермикулита-сырца; '

2 - то же. о добавками гидрофлог01Ь-та;

3 - то же с добавками слабогидратированного ' гидрофлогопита;

4 - то же .с добавками мусковита

Рис. 4 • ,' -

При производстве ыелкоштучного кирпича экономически це-теоообразно использовать добавки вермикулитовой руды. Себе-зтоимость руды в 2,5-4 раза меньше вермйкулитсвого концентра-га. Результаты предыдущих экспериментов свидетельствуют о гом, что даже небольшие добавки вермикулита и гидросляд /5-15% го объему/ позволяют повышать качество снрца и керамического камня на всех технологических переделах Такое количество

вермикулита моано вводить в шихту в составе руды. Богатые вермикулитовые руды.содержат не менее 20% вермикулита-сыр по массе. При этом пустая порода может выполнять функции ытелей.

Изучение влияния вермикулитовой руды на свойства кер кк проводилось для-условий кирпичного завода г.Ревда Овер ловской области. Ближайшим месторождением вермикулитовогс сырья является Потанинское. Проведенные эксперименты пока ля возможность применения вермикулитовой руды в качестве бозернкстых компонентов шихт.: Содержащиеся в руде зерна I микулита способствуют снижению общей усадки керамики на с средней плотности - на,30-40%.

Для практических целей модно рекомендовать шихты, в} чашпе 75-90$.глинистого компонента ь 10-25% вермикулитох руды по массе.

В пятой главе представлен« исследования сгойств верь лято-керамиче^ких' изд'элнй, полученных в заводских условш оценка их зконошческой эффективности. ' '

Изготовление опытных крупноразмерных изделий провою с объединении."Керамика". Методе« экструзии формовались I мические панзли размерами 300x600x2000...3000мм из трех I личных вшхт.'. Шихта, используемая в НПСО, состояла из 73% брийской глины и-27% кварцевого песка. Дня повжаениь'каче заводские .панелей была предложена шихта /<51/, содержащая вермикулита-сырца по массе сверх еяхты НПСО. Для произвол малоусадочных крупноразмерных -панелей использовалась ¡них1: ]Ш/, ■ состоящая из 70% кембрийской глины и 30% вермикули: сырца. Формование, сушка ь обжиг изделий проводились по : нологии,"' разработанной в НПСО.

Уке.' на этапе формования' проявились различия свойств с.мдуекшс шихт. Введение в заводскую шихту 5% вермикулит; сырца позволило снизить формовочгую влажность масск о 18 16,2%, При этом величина бокового давления в головке пре< температура бруса, изготовленного из шихт с добавками ве! кулига-енрца, но превысили показателей заводской масса. I цессе формования панелей из шихты И2 было зафиксировано I низкое давление - О.ЗШа при формовочной влажности 16,5%

¡равнению с изделиями НПОО сырец имел высокую прочность, что юзволило осуществить механическую транспортировку панелей ;одержа'чих 30% вермикулита, сразу после их формования.

Воздушная усадка панелей, полученных из шихты !t'd, на оСЙ яегюше, а усадочные деформации пре.срлщаготся.на 1,5 часа раине, чем у заводских. Это позволяет, сократить время сушки на ,2.5%.

После обжига до 90% поверхности панелей ИЗСО имели разгонные дефекты - трещины, посечки,.кривизну. До 60% панелей ЛСО и 2(М - из 1яихты №1 были полушчы с признаками герзжога. й-делия из шихты, содержащей 30% вермикулита, практически не имели дефектов. По-видимому, исследуемые добавкй, повнягая пористость череака, увеличивают верхнюю границу иктер-ала обжи ■ сн керамики. Поэтому колебания температуры не/отразились на качестве панелей из' шихты Вг. . ...

Таким образом, добавки вермикулита-сырца способствуют повышению качества изделий йа в^ёх технологических переделах. Свойства, полученных изделий предотавлена в таблицах 2 и 3.

Свойства панелей из различных шихт

■ . ' ' ' : Таблица 2

, . Шихты ¿¡п изготовления пййелей ' Показатели -. ■ ■.................................,,„;..

кпео ■ m ; : &г

Усадка./?' ■ - ' "... ■ / V . ,.,. ■

- воздушная-"- . 3,9 3,2 • 2,7

- огневая 4,0 3,4 .1.5

- общая • 7.9 • . 6,6 1 4,2.

Средняя плотность •

кгДг •

- нетто 2050 1990 1860

- брутто 1066 955 393

Водопоглощение, % 6,0-11,2 7,9-12,5 ' 14,0

Марка по морозостой- 25 25 25

кости, ГОСТ 530-30

Морозостойкость в цик- 23 24,6 28

лах по экспресс-методу

Теплопроводность,Вт/м°С 0,60 - 0,50 ' ' 0,35

Как видно кз данных таблицы 2, панели из шихты ШСО личаются значительными' усадочными деформациями и имеют на большую среднюю.плотность, Усадка панелей йз шихты №1 на меньше, чем у заводских панелей. При полной замене песка микулатом усадочные деформации керамики снижаются на 47%. средняя плотность /брутто/ - на )&%.

Морозостойкость определялась на тонкостенных однотру фрагментах размерами 70x80x90мм, вырезанных из материала нелей. После? 25 циклов попеременного'замораживания и отта ния у образцов всех исследуемых составов отсутствовали в.ч повреждения и потери массы. Поскольку методика определени розостойкости крупноразмерных изделий не разработана, доп нительно определялись потери прочности исследуемых панеле хотя по ГОСТ 530-80 данный показатель и не нормируется. У фрагментов панелей ШСО потери прочности составляли 9$. Е дение 5% вермикулита позволяет снизить их до 2,4$.' У изде изготовленных из шихта $2, потерь прочности не зафиксиров При использовании расчетно-эксперякентального экспресс-ме получены результаты, свидетельствующие о повышении мороао кости' панелей с добавками вермикулита. ' . ' ■ /

Как показали исследования, введение 'вермикулита в со керамической массы, позволяет 'также существенно повысить и лотехнические свойства материала /табл.2/..Так, введение добавки вермикулита-сырца в заводскую шихту, приводит к'с зкениа теплопроводности керамики на 1Замена шихты ШСО той №2 позволяет снизить данную величину в 1,7 раза.

При'разрушении различных фрагментов панелей определи йбр- предел'прочности при саатии по площади сечения, брут и £(1Т. - то же, по сечению материала, нетто, /таб'л.З/.

Йз табл.3 видно, что прочностные характеристики пане нз шихт т и к2 выше, чем у изделий НПСО. Фрагменты разке 500x300x^00 мм имеют характеристики близгае к панелям " Р1

С увеличением размеров изделий возрастает количество фектов микроструктуры к падает прочность. Это подтверждав результатами статистической обработки. Так, при увеличени рззмерой используемых фрагментов возрастает и коэффициент

вариации прочностных характеристик. Известно, что неудовлетворительные коэффициенты вариации характеризуются значениями менее 16$ /Су < 0,16/. Следует отметить, что коэффициент' вариации у образцов из шихты в 2 раза меньше, а из шхты КЗ - в" 4 раза меньше, чем у панелей ШСО.

Прочностные характеристики панелей

Таб.лпч. 3

Наименование шихты, параметры прочности

Данные экспериментов и результаты статистической обработки, полученные при испытаниях

в направлении параллельном оси экструзии

в лаправлении перпендикулярном оси экструзии

среднее значение ' ¡/¡Па

коэффициент среднее коэффициент вариации значение вариации, Су № ^ С„

Сечение 70x30x300

Сечение 70x80x90

Чихта НПСО

' Ц

I?

к кт Пихта №Т

К«г

24.28 43,84

27,49 50,63

0,364

0,364 %

0.153 0,164

.2,73 £.43

¿,32 17,39

0,145 0,145

0.138 0,152

Сечегие 300x500x500

Сечение 300x503x500

!ичта ШСО ег

кнт [ихта №3

Йит •

10.23 '19,61

10,34 19,88

0,396 0.396

0,134 0,104

0,9? 3,68.

0,83 -3,32

0,177 0,177

0,045 0,045

- Введение добавок вермикулита способствует повышении ка-ества и эксплуатационных свойств не только крупноразмерных, э и келкоштучаых изделий. При выпуске опытной партии кирпи-а на Ревдинском кирпичном заводе в шихту вводилось Ю? кон-знтрата Потанинского месторождения отличающегося низким здержанием веркикулита. По сравнению с заводскими изделиями эздушпая усадка опытного, кирпича снизилась на 36«, а средняя

плотность - на 6%. Огневая усадка вермикулитокерамических и: делий отсутствует. По величине средней плотности опытный кк пич можно отнести к разряду эффективной керамики, заводской - только к условно-эффективным материалам. Брак у изделий с добавками вермикулита практически отсутствовал, тогда как б их использования он достигал 30-40$.

Применение вспучивавшихся добавок позволяет улучшить i честЕО керамических материалов я повысить экономическую эфе тивность производства крупноразмерных изделий. Улучшение ф< ковочных свойств масо, содержащих вермикулит-сырец, снижав' затраты электроэнергии. При 5%-нои содержании добавки расх электроэнергии на 13% меньше, чем при изготовлении изделий шихты ШСО. Полная замена песка 30^-ной добавкой вероткули -сырда приводит к 5-кратному сяинэшт расхода злектроэнерг лри формовании. В результате сокращения времени сушки паи из шихт и №2 на эту операцию расходуется на 1.5-2Й меш электроэнергии, чем при получении изделий из заводской ши:

Основное влияние на-снижение себестоимости оказывает значительное сокращение бр^ка при выпуске вермикуяитокера чзских панелей. Так, применение шихты приводит к.сниже технологического брака, получаемого при производстве пане НПСО, о .60 В результате себестоимость '.панелей с j

том меньших энергозатрат уменьшается почти на 24%. Среди лей, изготовленных из шихты й2, брак не обнаружен. Это щ хит к сокращенно себестоимости изделий почти на 32% по cj нению с продукцией объединения- "Керамика". '

Дальнейшее снижение себестоимости еозюяно вследств вышения производительности и уменьшения расхода электроэ гии ири замене камерных1электрических печей и сушил коне ция НПСО. прошшленнш оборудованием, работающем на газо? топливе,' а также применением вместо вермикулита богее де внх гидроелвд.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Доказана возможность использования вспучивающих бавок с целыо снижения усадочных деформаций керамики. Н шее влияние нг. снижение усадки и средней плотности мате

оказпвчет фракция 0,63-2,5 мм. Добавки, мелкозернистого вермикулита ускоряют спек&лив я увеличивают огневую усадк/ керамики.

2. доказано влияние добавок ^рмшсулита-снрца и гчдро -слад полифракчионного состава на ось"иные свойстве керамикг.. . Примечание зспучивагдахся комгтонг.тов а количестве ^-¿Т^ по ооьому позволяв г снизить обцую усадку керамики в 1,4-1,7 раза, среднюю плотность - ьа 8-135?.

3. Изучено влчячиё добавок вирмикулита-сырца и гидрослюд ^на'формовочные свойства шшст". Ввегэьие вс1'уч~ваючихоя доба-вск улучшает формуемистЧ и *юзвч«язт снизив формово-яуч влажность глины на 2-5$. Возмогаос!^ снижен: я формовочной влажности шю:т, содержаидос вспугивающиеся добтвги, подтвер-.¡иен'г в ироизводствекяыу условиях.

4. Показано, что при введении в 'лдау 2-5% чобазок вермикулита-сырца к гидрослазд /по объему/ сбеспечивается существенное повышенна прочности обожженного ггамнч. Предположительно/ эффект упрочнения связан со сниленьэм уровня напряженно-деформированного состоят^ керамики в прсдессь обжчгс., вслед-стпиэ чего порчшаетзя вязкость разруше>гя я оиджается дефектность гакроструктуры чер'зпка.:

.5. Выпущена экспериментальные крупноразмерные экстоузи-онные шлели из шихты, содержащей добазки"вирмчкулитг.-ог-рца. Введение 30$ добавки в шихту позволило получить гчсококачеот-венкде однородные по структуре аффективные изделия, о мал"уи усадочными деформациями. По показателям прочности, средней плотности, морозостойкости, ч также по овоиь теплотехническим свойствам панели сравнимы о г ападноеврспейстамп образцами.

■ 6. Показана экономическая эффективность производства крупноразмерных изделий из шихт о добавками вермлкули^а-снр-ца. Вследствие значитеиного повышения качества панелей о 5 и 30%~шл содержанием вермикутата и. снижения брага их себестоимость на 24 и 32% меньше, чем у панелей до заводской тт-ты. ,

7. Показана возможность пргмэнания ввпткумтово'Л руды для производства кэлксштучной стеновой керамика. На ревдин-ском кирпичном заводе выпущена партия утолщенного киршча о

добавкамг вершкулитового концентрата потанинского месторс дения, характеризующегося пониженным содерванием вермикули Полученные изделия отличаются малой дефектностью, низкой средней шютностьв в повышенной декоративностью. ,

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах. "

1. Исследование обжига керамики методом акустической эмисоии /В.В.Нестеренко, И.Н.Наговидына, АЛ.Лимонов, И.М.Пантелеев // Строительные материалы из попутных продуз Тов промышленности. - Д., I9S0. - С. 13-151

2. A.C. 170091? СССР, ШИ С 04 Ь 33/00. Масса для изз товления керамики, цреимуществошю крупноразмерной / В.В.] теренко, В.А.Нугоыцев, И.Н.Наговвдына, Б.З.Чистяков; Гос. всесоюзн. проект, и науч. г вссл. нн-т веметаллорулной пром-с-и. - Д4715296., Заявлено 3.06.89; Опубл. 22.08.91, Бет» Ш. - 2с. . ,

ao.-I2.D2. Зак.-452-IOÜ РГП ИК СИНТЕЗ, Московски! пр.26