автореферат диссертации по строительству, 05.23.05, диссертация на тему:Управление процессом прессоформования и повышение качества керамического кирпича

I. __ На правах рукописи

ВЛЖИНСКИЙ Александр Трофимович

- НОЯ 1399

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ПРЕССФОРМОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

05.23.05 - строительные материалы и изделия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1999

Работа выполнена в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Е.И. Шмитько

Научный консультант - кандидат технических наук, доцент А.А. Суслов

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

И.И.Немец.

кандидат технических наук, доцент О. А. Чернушкин

Ведущая организация - ВНИИСТРОМ, г. Москва

Защита диссертации состоится «3 » \ЛЛХ)сиЯ~\999 т. в ^О час, на заседании диссертационного совета Д 063.79.01 в Воронежской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 394680, г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84, ауд. 20, корпус 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии. Автореферат разослан Ж » рЦХЬОЬ- ? 999г.

Ученый секретарь диссертационного совета В. В. Власов

КЦ?9_^ОЦ А„О

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Спрос на керамический кирпич высокого качества в ледине годы вырос. В то же время возросла конкуренция на потребитель-м рынке в связи с участием в нем иностранных фирм. Многие отечествен: предприятия, выпускающие продукцию недостаточно высокого качества, запись в трудном экономическом положении. Поэтому проблема повыше-качества продукции для многих предприятий стала наиболее актуальной, эующей незамедлительного разрешения.

Выносимая на зашиту диссертация как раз и посвящена вопросам по-иения качества керамического кирпича, снижешио энергозатрат на фор-ание, повышению ресурса работы прессового оборудования и, таким об-зм, полностью отвечает критерию оптимальности. Актуальность работы ливается тем, что она ориентирована на метод полусухого прессования, орый на сегодняшний день является в отечественном производстве доми-ующим.

Среди работ аналогичной направленности она отличается тем, что ынипство из решаемых в пей вопросов рассматривается сквозь призму тренних сил влажных дисперсных систем, к которым с полным основани-можпо отнести глнносодержащне формовочные массы. Как следует из семенных положений физической и коллоидной химии, физико-химической аники (по П.А. Ребиндеру), теории дисперсных систем, др\ти\ фундамен-ьных научных дисциплин, формование керамическою кирпича можно ор-пзовать таким образом, что внутренние силы в максимальной степени бу-способствовать процессу структурообразования, создавая тем самым дпосылки для получения изделий высокого качества.

Целыо работы является исследование процессов раннего (на стадиях 1готовки формовочной массы и формования изделий) структурообразова-[ с учетом потенциала внутренних сил на примере технологии керамиче-го кирпича полусухого прессования и отработка практических вопросов >авления структурообразованием.

В соответствии с основной целью диссертационной работы определены дуюшие ее задачи:

1. Рассмотреть особенности структуры керамических материалов, оп-[елить критерии качества структуры, обосновать факторы управления уктурой, в первую очередь - на ранней стадии ее формирования.

2. На основе положений физико-химической механики дисперсных сис-[, учения о поверхностных энергиях и межфазных взаимодействиях, сфор-тировать научную концепцию исследований, определить методологиче-|е и методические подходы к исследованию.

3. Выявить влияние минералогического и зернового состава глинистого эья, его влажности на проявление внугренних сил на этапах подготовки рмовочных масс и формования изделий, на структурные изменения в сыр-керамического кирпича; соответственно полученным результатам опредс-

лить пути повышения качества кирпича, снижения энергозатрат, повышения ресурса работы прессового оборудования.

4. Исследовать технологические факторы управления процессом прессформования изделий и обосновать практические приемы реализации управления этими процессами; оценить технико-экономическую эффективность научно-технических предложений.

Научная новизна работы состоит в том, что, используя современные представления физической и коллоидной химии о поверхностной энергии, поверхностном натяжении на границах фаз, об особом состоянии воды в адсорбционных и поверхностных слоях, о конкурирующем взаимодействии пленочной и капиллярной воды, об электростатических взаимодействиях в дисперсных системах, которые в комплексе приводят к самоуплотнению или саморазуплотнению дисперсных систем, автор диссертации показал, что все отмеченные аспекты формирования структуры дисперсных систем справедливы и для глинистого сырья, применяемого в технологии керамического кирпича. Целенаправленное использование дополнительных механизмов структурообразования позволяет получить сырец кирпича наивысшей для рассматриваемой технологии плотности и соответственно, с самыми высокими другими определяющими качественными характеристиками.

Установлены особенности проявления в керамических формовочных массах действия внутренних сил с минералогическим составом и дисперсностью глинистой составляющей в применяемом сырье, с влажностью формовочной массы.

Обоснованы подходы к целенаправленному использованию внутренних сил в процессах формования керамического кирпича, позволяющие компенсировать значительную часть внешней энергии прессформования в виде прессового давления.

Показано, что чем выше прессовое давление, используемое при формовании кирпича,тем менее заметно влияние внутренних сил непосредственно в процессе прессования, но тем более заметно это влияние в отпрессованном сырце: при оптимальной влажности сырца стягивающее капиллярное давление фиксирует достигнутые значения плотности, препятствует обратным деформациям сырца, вызывающим его разуплотнение.

Доказано существование предельного прессового давления, превышение которого способствует незначительному повышению плотности сырца, но создает в нем высокие внутренние напряжения, являющиеся причиной дефектной структуры.

Разработаны предложения по совершенствованию процесса прессформования кирпича и по усовершенствованию механического пресса ПМК-630 с целью реализации режима двухстороннего прессования, который позволяет исключить вероятность проявления эффекта «перепрессовки» и ухудшения структуры кирпича.

Разработан алгоритм автоматизированного управления процессом прессформования кирпича, обеспечивающий протекание процесса в оптимальном режиме.

Практическое значение работы определяется возможностями решения на основе полученных результатов прикладных задач, относящихся к совершенствованию технологии кирпича полусухого формования, в т.ч. к определению оптимальных составов формовочных шихт, оптимальных режимов формования, совершенствованию конструкции прессового оборудования.

Выполненными исследованиями показано, что для глинистого сырья Семилукского КСМ наиболее совершенная структура керамического «черепка» обеспечивается при влажности формовочной массы (12±1) % и удельном давлении прессования в 10... 15 МПа. Показано, что в обратном деформировании сырца кирпича после снятия прессового давления, участие принимают не только упругие деформашл расширения сжатых воздуха и твердых частиц, но и перераспределение воды между пленками и капиллярами, что в конечном итоге способствует повышению прочности сырца.

Полученная в процессе исследований зависимость плотности формовочной массы и сырца от В/Т- фактора и величины прессового давления, другие зависимости создали основу для разработки алгоритма автоматизированного управления работой формующего оборудования, а также предпосылки для усовершенствования отдельных узлов коленорычажного пресса марки ПМК-бЗО.Выполненные исследования явились основой для двух изобретений, на которые получены патенты.

Внедрение результатов исследований. Результаты исследований нашли отражение в 2-х редакциях «Технологического регламента производства керамического кирпича полусухого прессования в АО «Семилукский комбинат строительных материалов».

Положения диссертации прошли промышленную проверку и внедрены в производство на Семилукском КСМ в виде оптимального состава формовочной шихты, оптимального режима прессформования кирпича, модернизированного пресса марки ПМК-630, в виде алгоритма автоматизированного управления работой пресса.

Отмеченный комплекс мероприятий позволил за период с 1990г. по 1999 г. повысить марочность кирпича с М-75 до М-200, процент кирпича высоких марок возрос с 5 % до 25 %, наладить выпуск лицевого кирпича.

Технико-экономический эффект за 10 последних лет составил 2033,739 тыс. руб. (в ценах 1998г.)

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на трех международных конференциях по проблемам материаловедения (Белгород - 1997г, Пенза -1998г., Волгоград - 1998г.), на трех внутри вузовских (ВГАСА - 1996,1997,1999г.г.) научно-технических конференциях, межкафедральном (ВГАСА) семинаре.

Автор защищает: - теоретические представления о структурообразо-вании во влажных глиносодержащих материалах, в котором значительное место занимают внутренние силы, обусловленные избыточной поверхностной энергией на границах твердой, жидкой и газовой фаз и представляемых в виде пленочного расклинивающего и капиллярного стягивающего давлений жидкой фазы, электростатическими межчастичными взаимодействиями, ко-

торые в глиносодержащих дисперсных композициях проявляются весьма сложным образом, что связано со слоистой структурой глинообразуюидо минералов, их склонностью к внутренней адсорбции воды и самодиспергированию; в процессах прессформования внутренние силы усиливают или ослабляют действие внешних сил, изменяют прессуемость керамической шихты, свойства отпрессованного сырца и готового кирпича;

научные и экспериментальные результаты в виде зависимостей плотности формовочной шихты от ее ппажности, плотности сырца от влажности формовочной шихты, величины прессового давления при заданной плотности сырца от влажности формовочной шихты, величины плотности сырца от величины прессовой^ давления, величины обратных деформаций сырца при снятии прессовой нагрузки от совокупности технологических факторов; выявленную связь технологических факторов со структурой сырца, зависимость влажностной усадки сырца кирпича от совокупности технологических факторов, количественную связь между плотностью сырца, огневой усадкой, плотностью и свойствами обожженного «черепка»;

- практические данные, отражающие влияние вышеперечисленных технологических факторов на формуемость кирпича, работу прессов, свойства готового кирпича;

- практические рекомендации и апробированные решения по модернизации коленорычажных прессов ПМК-630 и по совершенствованию технологии кирпича полусухого прессформования.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, содержит 192 страницы компьютерного текста, 48 рисунков, 22 таблицы, список литературы из 110 источников, 3-х приложений в виде актов испытания и внедрения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертации изложены современные представления о структуре керамического камня и ее связи с технологическими факторами. Анализ структурных факторов выполнен по пяти масштабным уровням: атомно-молекулярному, кристаллическому, глобулярному, капиллярно - пористому, макроскопическому. Для вопросов, рассматриваемых в диссертации, определяющее значение имеют уровни кристаллической, глобулярной, капиллярно-пористой структуры.

Керамические свойства глинистого сырья определяются главным образом химическим составом и кристаллической структурой, а также природой и количеством сопутствующих минералов. Подавляющая часть минералов, входящих в состав глинистого сырья составляет кварц, силикаты и алюмосиликаты; преимущественное содержание того или иного глинообразующего минерала является одной из основных причин различных керамических свойств глинистого сырья.

Значительное место в первой главе диссертации уделено анализу информационных источников, посвященных непосредственно процессу пресс-

}юрмования. Соответственно каждому этапу этого сложного процесса рас-:мотрено напряженно - деформативное состояние формуемой массы. Особое шимание уделено причинам и механизмам упруго - вязко - пластичного рас-аирения отформованного сырца после снятия прессовой нагрузки и связан-юму с ними эффектом расслоения и трещинообразования в сырце.

Во второй главе диссертации рассмотрены теоретические предпо-;ылки управления структурой керамического кирпича с позиций теории дис-1ерсных систем.

Гак как в составе глинистого сырья значительная часть дисперсных частиц шеют коллоидные размеры, то для структурообразования таких систем оп-зеделяюшее значение имеет величина избыточной энергии на границах фаз. <ак следствие взаимодействия поверхностных энергий на границах фаз во (лажных дисперсных системах рассматривают пленочные поверхностные (на (ернах твердой фазы) и капиллярные объемные (в межзерновом пространст-$е) силы, величины которых регулируют взаимное расположение фаз в объеме и определяют условия внутреннего влагопереноса, величины межфазных юверхностей, соотношение между пленочным и капиллярным давлениями. Тленочное давление по своей природе является разъединяющим для дис-черсных частиц, капиллярное же давление при наличии смачивающей жид-сости как, например, воды, наоборот, способствует стяжению системы.

Соотношение между содержанием пленочной и объемной (капилляр-юй) воды при заданном ее общем содержании определяется множеством {¡акторов, в том числе - относительной влажностью среды, составом жидкой }>азы, степенью лиофильности поверхности - подложки, характеристиками сапиллярной пористости, действием электрических и магнитных полей. Со-нношения между пленочной и капиллярной водой в свою очередь определяет внутреннее напряженное состояние дисперсной системы, которое может триводить к ее саморазуплотнению или самоуплотнению. Ярким примером »того является кривая плотности свободно уложенной дисперсии «цемент-юда» (рис.1), принятая в диссертации за эталон.

На представленной кривой плотности выделяются 2 участка саморазуп-ютнения дисперсии (участки АВ и ББ) и один участок самоуплотнения участок ВО). Разуплотнение на участке АВ рассматривается нами, как ре-¡ультат преимущественного действия плёночного расклинивающего давле-шя, а уплотнение на участке ВБ как результат реализации потенциала ка-шллярных сил.

Таким образом, приведенные данные указывают на значительные воз-ложности целенаправленного использования потенциала внутренних сил дисперсных систем при их прессформовании за счет оптимизации значений пажностного фактора.

2,4

Ь

1

• £

л Р

1

) Г

С .О'

! !

Рис.1 Зависимость плотности свободно уложенной дисперсии «цемент-вода от её влажности (В/Ц - отношения).

1 - кривая плотности влажной дисперсии;

2 - кривая парциальной плотности твёрдой фазы;

а.в. - адсорбционная влажность

а.в 0.22

0.74 0.8761.00 1.65

Содержание воды (отностит) -

0.2

0.3 „„0.4 0.5 В/Ц - отношение -

2.22

0.6

Глиносодержащие системы в сравнении с цементными представляются более сложными в своем поведении, что обусловлено анизотропной слоистой структурой глинообразующих минералов, электрической заряженностыо глинистых частиц, возможностью поверхностной и внутрислоевой адсорбции воды, плоским строением большинства глинистых частиц, специфической формой межчастичных капилляров, высокой водопоглашающей способностью глин, одновременным сосуществованием твердых частиц, с гидрофильной и гидрофобной поверхностями и др. Все это создает основу для существенного уточнения и дополнения имеющейся информации о процессах прессформования керамического кирпича.

Третья глава диссертации посвящена методике исследований. Для исследования вопросов, намеченных в диссертации, наряду со стандартными методами измерений, касающимися химического, минералогического и зернового составов глин, показателей влажности, плотности, прочности сырца и готового продукта и др. использовалась оригинальная методика, разработанная во ВГАСА, позволяющая произвести комплексную оценку силы влияния исследуемых факторов (влажности формовочной смеси, величины прессового давления, вводимых в формовочную смесь добавок) на механизм и кинетику процессов струкгурообразования; точность результатов экспериментальных исследований получила вероятностную оценку.

В четвертой главе представлены результаты исследований влияния влажностного фактора и величины прессового давления на процессы струк-турообразования в мономинеральных глинах и полиминеральных формовочных массах. Так как формовочная масса по своему составу полиминеральна и полидисперсна, то проявляемые ею формовочные свойства изменяются весьма сложно. Чтобы более глубоко разобраться в этой сложности, автор дис-

0.1

сертации исследовал вначале структурообразующие способности мономинеральных глин.

Структурообразующие способности глин под действием внутренних сил изучались по результатам измерения плотноста свободно уложенной дисперсии «глина-вода»,что позволило оценить масштаб внутренних сил в неискаженном (прессовым давлением) виде.

Результаты измерений для каолиновой глины представлены на рис. 2

Рис. 2 Зависимость плотности свободно уложенной дисперсии «каолин-вода» от влажностного фактора.

1-кривая плотности каолино- водной дисперсии;

2-кривая парциальной плотности твердой фазы;

а. в. - адсорбционная влажность;

П- межзерновая пористость;

\У/П- степень заполнения пор водой.

Из полученных данных следует важный вывод о том, что не существует однозначной зависимости между плотностью и влажностью формовочной массы, как это представляется некоторыми специалистами. Более того, в исследованном диапазоне влажности имеют место три участка саморазуплотнения каолино-водной дисперсии (участки АВ, СБ и ЕБ) и два участка самоуплотнения (участки ВС и БЕ). Экстремумы значений плотности между выделенными участками проявились весьма четко.

В сравнении с более простой системой «цемент-вода» (рис. 1) налицо два основополагающих отличия: порошок каолина в «сухом» состоянии укладывается менее плотно; поведение каолино-водной дисперсии при изменении влажности намного сложнее.

Высокая степень разрыхленности согласно существующим научным взглядам может быть отнесена на счет пакетного строения частиц. С помощью специальных расчетов показано, что снижение плотности на участке АВ происходит за счет расклинивающего давления пленок воды на внешней поверхности глинистых частиц, а на участке СБ - за счет расклинивающего эффекта в межпакетном пространстве, набухания и частичного диспергирования глинистых частиц; уплотнение каолино - водной системы на участках ВС и БЕ обусловлено преимущественным действием капиллярных сил, потенциал которых в общем балансе внутренних сил возрастает вплоть до влажности, соответствующей точке Е. Прерывание этой тенденции на участке СО обу-

словлено запаздыванием внутрислоевой адсорбции воды относительно поверхностной. Высокая плотность системы, соответствующая точке Е на рис.2 обусловлена наибольшей агрегативной связностью системы за счет полно) реализации капиллярного потенциала.

Точка С, соответствующая первому максимуму плотности на рис.2 од новременно совпадает с численным значением технологической харакгери стики «формовочная влажность», равной 26,9 %, что подтверждает как объ ективность этого показателя, так и правдоподобность механизма струкгуро образования, принятого в диссертации.

Высокая плотность системы, соответствующая точке Е на рис.2 обу словлена наибольшей агрегативной связностью системы за счет полной pea лизации капиллярного потенциала.

Таким образом, с практической точки зрения можно заключить, что дл> глинистого сырья с преимущественным содержанием каолиновой глины наи больший вклад внутренних сил в процессы формирования структуры сырцг будет иметь место при влажностях, соответствующих точкам С и Е; неблагоприятной в этом отношении является влажность участка CD (27...37 %).Есл* рассматривать конкретно технологию полусухого прессования при влажностг 8...13 %, то для каолиновой глины однозначно можно утверждать, что с повышением влажности структура сырца будет улучшаться.

Кривые плотности свободно уложенной дисперсии на основе монтмо-риллонитосодержащей бентонитовой глины Воробьевского месторождения Воронежской области представлены на рис. 3.

Рис.3 Изменение плотности бентонито-водной дисперсии в зависимости от содержания воды.

1- кривая плотности бентонито-водной дисперсии;

2- кривая парциальной плотности твёрдой фазы;

а.в. - адсорбционная влажность; П- межзерновая пористость; W/IT- степень заполнения пор водой

А 1,8

-> 1,6

ь а о

£ \,г

° А

s ;

0,8 0,6 0,4 0,2

1 ( W'n=0.95iL E

1

/ I-O.éií4 W/ri-0.09

IB, E'

ÍL-0./4 WTT-0.1' Xj 2

П-0.87 W/TI--0.3 w

i ffí )

W i i i i 4 1

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Б/Т-отношение-►

Высокий уровень энергии связи поверхносгно-межслоевой воды на фоне слабых межпакетных связей предопределил специфический, по сравнению с каолиновой глиной, характер взаимодействия монтморшшонитовой (бентонитовой) глины с водой и ее структурообразующие возможности. Капиллярный эффект на участке ВС почти не заметен, но зато отмечается глу-

бокий спад плотности на участке СОв, обусловленный межслоевой адсорбцией воды, набуханием и самодиспергированием кристаллических пакетов. Из полученных данных сделан вывод, что монтмориллонитовая составляющая в глинах, используемых для производства керамического кирпича, наряду с обеспечением высокой пластичности и улучшением керамических свойств глины, неизбежно является причиной понижения плотности сырца.

На рис. 4 представлены кривые плотности для сырья, используемого на Семилукском КСМ.

Согласно результатов испытаний сырье квалифицировано как суглинки низкодисперсные, высококремнеземистые, содержание тонкой глинистой фракции составляет 36,8 %, глинистое вещество характеризуется гидро-хлорито - гидрослюдистым составом с примесями каолинита и более редкими примесями монтмориллонитизированных агрегированных пластинок.

В опытах по оценке потенциала внутренних сил сырье проходило обработку на технологической линии и использовалось непосредственно в виде пресс-порошка.

Начертание кривых плотности (рис. 4) пресс -порошка по общему характеру такое же, как и для мономинеральных глин, но при других соотношениях участков разуплотнения и уплотнения. В частности, высокое содержание кварцевых примесей обеспечило продолжительный и глубокий спад плотности на участке АВ за счет внешне -пленочного расклинивающего давления, невысокое содержание монтмориллонитовой составляющей стало причиной незначительной потери плотности на участке СО. Как и для мономинеральных глин формовочная влажность суглинка (26 %) совпала с промежуточным максимумом плотности (т. С), что в очередной раз подтверждает объективность полученных результатов.

1,8

1,6

§ !'4А

Й 1,2

0,8

Рис.4 Изменение плотности свободно уложенного пресс -порошка в зависимости от влажности.

1-кривая плотности влажной дисперсии;

2-кривая парциальной плотности твёрдой фазы;

а.в. - адсорбционная влажность;

О а{?Д 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 В/Т-отношение -

I ь

1

Таким образом, представленная методика оценки влияния внутренних сил позволяет получить достаточно исчерпывающие данные о структурообразующем потенциале каждой из исследуемых формовочных масс и определить оптимальные области вдагосодержания для любого способа формования изделий.

Следующая серия опытов посвящена исследованию прессуемости формовочной массы Семилукского КСМ в зависимости от влажностного фактора. В начале исследовалась зависимость Р= /(В/Т), при р= const (рис.5). Каждая из представленных на рис.5 трех кривых, соответствует своему, заданному, значению межзерновой пористости. Значение П3= 26 % обеспечивает стандартную плотность кирпича, значения П2= 34 % и Ili=42 % соответствуют малоспрессованному кирпичу, что позволяет обнаружить в общем силовом балансе вклад внутренних сил.

При П3=26 % вклад внутренних сил в процессе формования стал практически незаметен. Как следует из многочисленных литературных источников, энергия прессования в этом случае затрачивается в основном на преодоление сил «сухого трения», сил адгезии, на разрушение отдельных частиц. Добавляемая в систему вода играет роль смазки и улучшает прессуемость.

Рис.5 Зависимость величины прессового давления от влажности пресс-порошка при заданных значениях пористости (П) твердой фазы.

▲ 50

! 45

п 40

if 35

X

0J

§ 30

О

с!

25

О

о

о о 20

о

4>

о. 15

с

10

5

0

! \ ч1ГГТ1. Г I !

\з : . 1

| I i ! | X I 1

! | i ;

sJ

2 / i

1 1 ~

1-П, = 42%;

2-П2=34%; 3 - Пэ = 26 %.

О 0.02 0,04 0.06 0,08 0,1 0,12 0,14 0.16 0,18 0,2 В/Т-отношение_у

Не обнаруженное на кривой 3 влияние внутренних сил совершенно не означает, что эти силы не участвуют в процессах структурообразования. Непосредственно их влияние хорошо прослеживается в свойствах отформованного сырца. Об этом свидетельствуют результаты измерений, представленные на рис.6

Полученные результаты убедительно подтверждают участие в процессах структурообразования внутренних сил дисперсной системы: на каждой кривой четко обозначились экстремумы плотности, которые, как и ожидалось, по мере повышения спрессованности образцов сдвигаются влево, что

мы связываем с повышением потенциала капиллярных сил в результате уменьшения размеров межзерновых пор.

л -з _____,_

;I Рис.6 Зависимость плотности

\ сырца от В/т фактора и давления 2 прессования.

1 - давление прессования 5 МПа;

2 - давление прессования 10 МПа;

3 - давление прессования 15 МПа;

4 - давление прессования 20 МПа.

0 0,02 0,04 0,06 0,08 ОД 0,12 0,14

В/Т-отношение-►

Следующая серия опытов посвящена исследованию деформаций сырца после прекращения действия прессового давления.

Известно, что после прекращения действия высоких прессовых усилий наблюдается существенное, в пределах 1...9 % (объемн.), обратное или ус-иовно ((упругое» расширение сырца. Причины расширения большинство исследователей видят в упругом расширении твердых частиц и запрессованного воздуха. Мы же пришли к выводу, что наряду с отмеченным имеют место упругие и неупругие деформации пленок воды на частицах твердой фазы Значительная часть роды, размещаемая в межпакетном пространстве, при прессовании выжимается в межчастичный объем, способствуя дополнительной спрессованности сырца, а после снятия прессовой нагрузки вода частично или полностью возвращается внутрь пакетов, обеспечивая их набухание и деформации расширения, но в то же время усиливает капиллярный потенциал, что и находит отражение в высокой плотности сырца в совокупности с высокими значениями обратных деформаций.

Выводы об оптимальных областях влажности получили подтверждение результатами лабораторных технологических испытаний.

Показано, что реализуемость влажностной усадки можно поставить в *ависимость от степени спрессованности сырца и от степени влагонасыщен-яссти.В комплексе это определяет степень сближенности твердых частиц, т.е. потенциал усадки, и капиллярный потенциал. Высокий капиллярный потенциал при Р=20 МПа реализовался в напряженное состояние дисперсной системы, что отрицательно отразилось на конечных свойствах обожженного «черепка».

В диссертации обращено внимание на структурообразующую роль усадки. Если проследить за изменениями плотности образцов до и после усадки, то можно отметать полное соответствие между величиной усадки и дополнительным уплотнением структуры сырца. Наилучшая в этом смысле реализуемость капиллярного потенциала достигнута при В/Т = 0,12 и Р=10 МПа.

Для образцов, отпрессованных при удельном давлении в 20 МПа, наблюдается смещение максимума плотности из области В/Т = 0,08 в область

В/Т = 0,10, т.е. в область максимального капиллярного потенциала, эффект от которого оказался сильнее эффекта, создаваемого чисто механическими усилиями.

С высказанных позиций дана оценка соотношению между воздушной и огневой усадкой: чем более высокой плотности достиг сырец в процессе прессования и сушки, тем меньше огневая усадка.

Высокое качество структуры сырца и, соответственно, готового кирпича, достигнуто (рис.7) для области оптимума по влажности и при прессовом давлении в 10 и 15 МПа. Образцы, отпрессованные при Р = 20 МПа, для области предполагаемого оптимума влажности (В/Т = 0,10) показали относительно невысокую прочность, что обусловлено деструктивными явлениями, связанными с напряженным состоянием сырца, поступающего на сушку.

Таким образом, наиболее совершенная структура керамического камня обеспечивается при В/Т = 0,12 и удельном давлении прессования в10 и 15 МПа. Однако для реализации такой структуры необходимо оптимизировать процесс сушки.

Рис.7 Показатели прочности обожженных образцов.

, ! I У1 1

У

У

1 - давление прессования 5 МПа;

2 - давление прессования 10 МПа;

3 - давление прессования 15 МПа;

4 - давление прессования 20 МПа.

О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 В/Т - отношение -

В пятой главе рассматриваются практические вопросы совершенствования технологии кирпича полусухого прессования. В качестве примеров представлены четыре самостоятельные задачи.

Первая из них направлена на поиск оптимальных параметров производства кирпича на Семилукском КСМ в связи с освоением нового месторождения глинистого сырья. При этом необходимо было прийти к окончательному решению о том, на какую технологию (пластического формования или полусухого прессования) следует ориентировать производство кирпича и, соответственно, развивать и совершенствовать материальную базу.

На основании полученных результатов было принято важное для комбината решение полностью перейти на производство кирпича методом полусухого прессования, так как метод пластического формования требует дополнительного сложного оборудования, дорогостоящей тугоплавкой глины и дополнительных энергозатрат на дегидратацию глины, значительно снижает конкурентоспособность кирпича.

Вторая задача пятой главы посвящена отработке в производственных условиях фактора влажности с целью его оптимизации. В результате выполненных исследований подтвержден оптимум по влажности в 12 %.

Третья практическая задача пятой главы посвяшена оптимизации процесса формования и разработке варианта дополнительного устройства к ко-ленорычажному прессу ПМК-630, позволившему реализовать оптимальный режим прессформования.

Четвертая задача пятой главы посвящена разработке практических предложений по переводу коленорычажных прессов на управляемый режим работы. Автоматизированная система на основе обратной связи с давлением прессования обеспечивает регулируемую высоту засыпки, что при фиксированных размерах кирпича обеспечивает постоянные показатели его плотности и прочности. В качестве исходной информации использованы научно-практические материалы, полученные в 4-й главе диссертации.

Предложены два варианта модели управления, которые приняты для практической реализации.

Пятая задача последней главы диссертации посвящена оценке технико-экономической эффективности внедрения практических разработок диссертации.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Выполненные исследования позволили выявить дополнительные, в виде внутренних сил дисперсной системы, факторы управления структурой сырца керамического кирпича, отработать методику оптимизации составов формовочных масс и режимов прессформования кирпича, повысить качество выпускаемого кирпича.

2. Установленно, что структурообразующий потенциал глинистого сырья наряду с общими показателями дисперсности и состава зависит в значительной степени от минералогического состава глинистой фракции. Так, чем больше в глине минералов группы монтмориллонита и гидрослюд, тем больше вероятность при производстве кирпича попасть в неблагоприятную область влажности, в которой могут иметь место процессы саморазуплотнения структуры, тем большую роль приобретает процедура оптимизации влажно-стного фактора.

3. Доказано, что для глинистого сырья, применяемого на Семилукском КСМ, наиболее эффективной является технология полусухого прессования кирпича, а оптимум влажности относительно наибольшей плотности сырца находится в пределах 12% (масс).

4. Показано, что увеличение плотности сырца только за счет повышения прессового давления, без учета баланса внутренних сил, не всегда дает положительный результат, таит в себе опасность «перепрессовки» с явно выраженной потерей качества кирпича, что подтверждено практическими данными.

Установлено что величина прессового давления должна быть оптимизирована для каждого состава керамической шихты и влажности формовочной массы. Для формовочной массы, используемой в технологии Семи-лукского КСМ, при оптимальном значении влажности в (12±1) % оптимальные значения прессового, дадления составляет 10... 15 МПа.

5. Использование методики измерения послепрессовых деформаций сырца в комплексе с другими методическими приемами, отработанными в диссертации, позволило установить, что в напряженном состоянии отпрессованного сырца значительная роль принадлежит пленочно-капиллярным силам; управление этими силами позволяет определить технологические параметры, при которых явления «перепрессовки» с сопутствующими им дефектами структуры кирпича отсутствуют.

6. В диссертации впервые обращено внимание на то, что высушивание сырца, несмотря на присущую ему опасность трещинообразования, следует рассматривать как структурообразующий процесс, сопряженный с реализацией капиллярного потенциала, направленного на самоуплотнение структуры кирпича.

7. Реализация на практике результатов диссертационных исследований позволила оптимизировать технологические параметры на Семилукском КСМ, внедрять модернизированное прессовое оборудование, что в комплексе позволило повысить качество кирпича, увеличить сбыт продукции, поднять рентабельность предприятия.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1 .Важинский А.Т., Вороновский В.Н., Ашмарин Г.Д., Супонина Э.Л. Новая технология и оборудование внедренные в АО «Семилукский комбинат стройматериалов», сделали возможным производство керамического кирпича высокого качества из низкокачественных суглинков // Стр. м-лы. -1992.-№12.- С.10...12.

2.Важинский А.Т., Суслов A.A., Шмитько Е.И. Роль внутренних сил в процессах раннего структурообразования керамических формовочных масс //Изв. Вузов. Стр - во, 1998.-№11-12.-С.63...68.

3.Важинский А.Т. Некоторые вопросы полусухого прессования керамического кирпича //Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций: Тез. докл. межд. научн.- техн. конф.,ч.1-Волгоград,1998,-С.77...79.

4.Важинский А.Т. Усовершенствование способа полусухого прессования керамического кирпича //Современное строительство: Тез. докл. межд. науч.-пракг. конф.,Пенза,1998.-С. 32,33.

5.Суслов А. А., Шмитько Е.И., Важинский А.Т. Исследования вклада внутренних сил в процессы структурообразования моно- и полиминеральных керамических формовочных масс// Принята к печати в Журнал «Известия вузов. Строительство» на 1999 г.

6.Патент №2097178 РФ. Способ полусухого формования сырца кирпича на прессе /А.Т. Важинский, A.A. Суслов, Е.И. Шмитько и др. - Б.И. №33, 1997 г.