Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
30
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
БУДІВНИЦТВА І АРХІТЕКТУРИ
ТЕЛЮЩЕНКО Іван Федорович
УДК 666.714.1
ЛИЦЬОВА КЕРАМІЧНА ЦЕГЛА З ВИКОРИСТАННЯМ НЕКОНДИЦІЙНОЇ СИРОВИНИ ПРИРОДНОГО І ТЕХНОГЕННОГО ПОХОДЖЕННЯ
05.23.05 –Будівельні матеріали та вироби
Автореферат
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ –
Дисертацією є рукопис
Робота виконана в Українському науково-дослідному і проектно-конструкторському інституті будівельних матеріалів і виробів "НДІБМВ".
Науковий керівник ─ лауреат Державних премій УРСР
доктор технічних наук, професор
Олексій Арсентійович Крупа ,
Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" зав. кафедри кераміки і скла
Офіційні опоненти─ доктор технічних наук, професор
Сергій Іванович Федоркін
Сімферопольський університет курортного будівництва, ректор
доктор техн. наук, професор
Віктор Іванович Голеус,
Український державний хіміко-технологічний університет,
Міністерство освіти і науки України, зав. кафедри хімічної технології
кераміки і скла, м. Дніпропетровськ.
Провідна установа─ Національний університет "Львівська політехніка" Міністерства науки та освіти України, кафедра хімічної технології силікатів, м. Львів.
Захист відбудеться ""січня 2005 р. о год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.056.05 "Підвалини та фундаменти. Будівельні матеріали та вироби" Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м.Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31, ауд.466.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету будівництва і архітектури за адресою: 03037, м.Київ-37, Повітрофлотський проспект, 31.
Автореферат розіслано 18.12.2004 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
канд. техн. наук Г.Р. Блажіс
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Стратегічним пріоритетним напрямком інноваційної діяльності в Україні на 2003-2013рр. (Закон України про пріоритетні напрямки інноваційної діяльності в Україні) є вдосконалення хімічних технологій, зокрема технологій виробництва керамічних матеріалів широкого спектра використання.
Застосування в будівництві виробів із кераміки ─ цегли, керамічних каменів, фасонних виробів, забезпечує довговічність, комфортність та архітектурну виразність будинків. Цегляні будинки характеризуються підвищеною тепло- та звукоізоляцією.
У процесі виробництва керамічної цегли для покращення тих чи інших властивостей місцевих глин застосовують високоякісні глини, що в умовах ринкової економіки не ефективно. Водночас поблизу керамічних заводів майже завжди є різні вторинні сировинні ресурси, які можна використовувати для оптимізації складу й характеристик керамічних мас та отримання черепка із заданими фізико-механічними властивостями. Застосування їх у кераміці становить великий інтерес як із позиції комплексного використання мінеральної сировини, так і спрямованого регулювання заданих властивостей.
В свою чергу, вирішення проблеми утилізації відходів промисловості, використання їх як вторинної сировини є завданням загальнодержавного значення.
Аналіз існуючих даних засвідчує, що для виробництва стінової кераміки цікавим є використання великотоннажної некондиційної сировини природного і техногенного походження, що відіграє в технологічному процесі роль "армувального" компонента спіснювача-плавня. Використання цієї сировини дасть змогу розробити технологію отримання лицьової цегли способом напівжорсткої екструзії, що забезпечить значне підвищення якості лицьових керамічних виробів, розширення їх асортименту, кольорової гами та фактури.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження теоретичного і прикладного характеру були виконані в рамках науково-дослідної роботи № 60.01.2001 КП-№0100U003612 "Розробити та впровадити технологію виробництва лицьової керамічної цегли з використанням відходів промисловості України як вторинної сировини" Здобувач виконував обов'язки наукового керівника НДР.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є теоретичне обґрунтування та експериментальне підтвердження можливості отримання методом екструзії лицьової та високоміцної керамічної цегли широкої кольорової гами і потрібної фактури за рахунок регулювання процесів структуроутворення керамічних мас, отриманих з використанням некондиційної сировини України.
Завдання дослідження
1. Розробити критерії оцінки придатності сировини для її застосування в технології отримання лицьових керамічних виробів високої якості.
. Здійснити цілеспрямований пошук некондиційної сировини як природного, так і техногенного походження. Вивчити хіміко-мінералогічний склад, кераміко-технологічні властивості, особливості структури і здатність до солеутворення глинистої та некондиційної сировини природного і техногенного походження.
. Вивчити способи спрямованого регулювання процесів структуроутворення лицьової кераміки з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження з метою досягнення оптимальних фізико-механічних та естетичних властивостей.
. Дослідити процеси спікання та властивості керамічних мас із застосуванням некондиційної сировини природного і техногенного походження.
. На основі встановлених закономірностей розробити склади мас і технологічні параметри виробництва лицьової керамічної високоміцної цегли широких кольорової гами та фактури з використанням некондиційної сировини природного та техногенного походження.
. Впровадити технологію отримання лицьової керамічної цегли способом напівжорсткої екструзії із застосуванням розроблених складів мас.
Об'єктом досліджень є процеси структуроутворення керамічних мас і засоби їх регулювання для отримання виробів із заданими властивостями.
Предмет досліджень ─ лицьова керамічна цегла з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження, його відмінні особливості.
Методи досліджень. Для вирішення поставлених завдань було застосовано комплекс сучасних фізико-хімічних і фізико-технічних методів, які включають рентгеноструктурний, диференційно-термічний, петрографічний і хімічний методи дослідження сировинних компонентів і мас на їх основі, що дають змогу оцінити особливості структуроутворення керамічних матеріалів; комплекс технологічних методів дослідження, що дають змогу оцінити експлуатаційні властивості виробів. Експериментальні дані отримані на основі так званого активного експерименту, який проводили математичним плануванням.
Наукова новизна отриманих результатів
1. Встановлено особливості структуроутворення дослідних систем на основі глауконітових полімінеральних і монтморилонітових полімінеральних глин з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження як "армувальних" компонентів.
. Доповнено теорію спрямованого регулювання структуроутворення керамічних мас. Встановлено, що найміцнішою коагуляційною структурою характеризуються оптимальні склади системи глауконітова глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт, що, в свою чергу, зумовлює їх використання за напівжорсткої екструзії. У разі регулювання процесів структуроутворення полімінеральної глауконітової глини зміною ступеня взаємодії дисперсних часточок з водою додаванням ПАР формуються коагуляційні структури з меншою формувальною вологістю та конденсаційні структури менш чутливі до сушіння.
. Встановлено, що в разі регулювання властивостей коагуляційної структури використанням як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ і введенням каолініт-монтморилонітових добавок у керамічні маси на основі полімінеральної глауконітової глини можливе отримання спеченого керамічного черепка, що забезпечує виробництво на основі цих мас як лицьової цегли, так і клінкерних виробів.
Доведено, що під час оптимізації хіміко-мінералогічного складу шихти системи глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт оптимізується кристалізація новоутворень і формується більш розвинена склофаза.
. Встановлено, що в разі використання як "армувального" компонента гранітних відсівів простежуються такі самі тенденції у формуванні кристалічних новоутворень. Однак, за рахунок використання гранітних відсівів, які різняться мозаїчністю і дефектністю структури, переважають реакції в твердій фазі, що підтверджує практично незмінна кількість кварцу. Це зумовлює ріст показників міцності при зменшенні усадки виробів, що становить інтерес у разі отримання лицьової цегли способом напівжорсткої екструзії.
Практичне значення отриманих результатів
1. Розроблено рекомендації з виробництва лицьової архітектурно-оздоблювальної цегли широких кольорової гами та фактури з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження способами пластичної та напівжорсткої екструзії.
. На ХФ ЗАТ "СБК" впроваджено технологію отримання лицьової цегли різної фактури способом напівжорсткої екструзії за безпересадною технологією з використанням некондиційної сировини техногенного і природного походження.
.1. Із використанням як "армувального" компонента некондиційної сировини техногенного походження ─ шлаків ТЕЦ отримано лицьову керамічну цеглу:
● із шорсткуватою фактурою, що імітує природний камінь ;
● із гранітоподібною фактурою шліфуванням;
● із фактурою під "рваний" камінь як шляхом "ошкурювання" свіжовідформованого бруса, так і за рахунок відколювання лицьової поверхні випаленої цегли.
.2.Із використанням як "армувального" компонента некондиційної сировини природного походження ─ гранітних відсівів Коростенського родовища отримано лицьову керамічну цеглу із гладкою фактурою.
Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи на ХФ ЗАТ "СБК" становить 51 грн. 60 коп. на 1000 шт. ум. цегли, що дорівнюватиме 3 096 000 грн. за виробництва 60 млн. шт. ум. цегли.
Особистий внесок здобувача полягає в виконанні експериментальних досліджень, обробці та аналізу отриманих результатів, розробці та впровадженню в виробництво технології отримання лицьової цегли з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження способом напівжорсткої екструзії.
Особистий внесок здобувача в наукові праці:
1. Телющенко И.Ф., Сай В.И., Огородник И.В. Современная технология и способы направ-ленного регулирования свойств строительной керамики //Строит. материалы и изделия. ─ 2001. ─ №5-6. ─ С.22 ─ 23.
Проаналізовано способи спрямованого регулювання структуроутворення керамічних мас і їх практичне застосування в сучасній технології виробництва будівельної кераміки.
2. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н., Крупа А.А. Разработка математической модели взаимодействия компонентов керамической массы //Строит. материалы и изделия. ─ 2002 ─ №5. ─ С.3 ─ 6.
Досліджено регулювання властивостей керамічних мас шихтуванням глин різного хіміко-мінералогічного складу. Вибрано технологічні параметри для оптимізації властивостей коагуляційної, конденсаційної та кристалізаційної структур шляхом побудови математичної моделі. Відпрацьовано властивості оптимальних складів, отриманих у результаті багатокритеріальної оптимізації, в умовах ХКЗ №15.
3. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Крупа А.А. Биопласт ─ эффективная добавка для керамических масс // Строит. материалы и изделия ─ 2003. ─ №1. ─ С.11 ─ 13.
Визначено використання як ПАР біопласту та досліджено його вплив на властивості глин різного хіміко-мінералогічного складу.
4. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н. Оптимизация процессов структурообразования керамических масс системы монтмориллонитовая глина ─ некондиционное сырье природного и техногенного происхождения // Строит. материали и изделия.─2003.─№7.─ С.4245. Досліджено вплив некондиційної сировини природного і техногенного походження на властивості коагуляційної і конденсаційної структур мас на основі монтморилонітової глини Сумської обл.
Вибрано технологічні параметри для оптимізації властивостей коагуляційної, конденсаційної та кристалізаційної структур шляхом побудови математичної моделі.
. Деклараційний патент на винахід №58001 7 С04У 33/00 "Керамічна маса для виготовлення лицьової цегли" /И.Ф. Телющенко; А.А.Крупа; А.Л.Савченко та ін. Подано 04.07.2002 р. отрим. 15.07.2003 р. Бюл. №7.
6. Телющенко И.Ф. Исследование структурообразования и свойств опытных масс системы глина - некондиционное сырье техногенного происхождения // Буд. матеріали, вироби та санітарна техніка ─ 2003. ─ №18. ─ С.59 ─ 67.
Досліджено способи спрямованого регулювання структуроутворення керамічних мас з використанням некондиційної сировини техногенного походження ─ шлаків ТЕЦ. Із застосуванням цих способів отримано високоміцні вироби з декоративною структурою.
7. Телющенко И.Ф., Огородник И.В. Особенности формирования кристаллизационной структуры керамических масс с использованием шлаков ТЭС // Строит. материалы и изделия. ─ 2004 ─ №2. ─ С.11 ─ 14.
Досліджено особливості формування кристалізаційної структури керамічних мас з використанням шлаків ТЕЦ.
Апробація результатів дисертації
Основні результати роботи і матеріали досліджень доповідалися та обговорювалися на науково-технічних семінарах "Матеріали для сучасного будівництва" (Палац спорту, Київ, 2001р.); "Архітектурно-будівельна кераміка. Фасадні системи із цегляної кладки. Засоби запобігання висолам (Торгово-промислова палата, Київ, 2003р.).
Публікації
За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 6 статей у наукових спеціалізованих виданнях і отримано деклараційний патент.
Покладені в основу дисертації авторські роботи за результатами галузевого конкурсу ідей корпорації "Укрбудматеріали" (2003р.) було відзначено дипломом і присуджено першу премію. Здобувач є Лауреатом премії імені академіка М.С. Буднікова за виконання та впровадження науково-дослідної роботи "Виробництво лицьової керамічної цегли способом напівжорсткої екструзії з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження" (2004р.).
Структура і обсяг дисертації
Повний обсяг дисертації становить 226 сторінок. Основна частина роботи викладена на 129сторінках та складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і містить 31 таблицю та 53 рисунки.
Крім основної частини дисертація включає список використаних літературних джерел зі 115 найменувань та 4-х додатків.
ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність виконання роботи, сформульовано мету досліджень, наукову новизну, практичне значення та основні завдання, вирішені в роботі.
У першому розділі наведено огляд стану проблеми, визначено теоретичні передумови досліджень.
Аналіз сучасних тенденцій розвитку технологій показав, .що технологічний процес виробництва керамічних матеріалів є процесом формування і послідовних перетворень їх структури. Працями П.А Ребіндера., С.П. Ничипоренко, М.М. Круглицького, Л.П. Черняка та ін .доведено існування трьох структур, що формуються в сучасних технологічних процесах: коагуляційної, конденсаційної та кристалізаційної. Коагуляційна структура керамічних мас формується внаслідок взаємодії часточок дисперсної фази з водою і відіграє вирішальну роль у процесі структуроутворення кераміки.
Для зміни ступеня досконалості коагуляційних структур і регулювання властивостей керамічних мас практично застосовують: зміну дисперсності компонентів із метою розвитку їх питомої поверхні; композиційне шихтування компонентів із метою оптимізації хіміко-мінералогічного складу маси; зміну концентрації дисперсної фази, тобто вологості маси; регулювання ступеню взаємодії дисперсних часточок із водою з використанням електролітів, поверхневоактивних речовин (ПАР) та ін; різні способи підготовки мас.
Аналіз літературних джерел показав, що при виробництві стінової кераміки коагуляційна структура формується за допомогою способу пластичної екструзії, яка різниться залежно від формувальної вологості та пластичної міцності мас: жорстке формування (формувальна вологість 12-16 %, пластична міцність 2,2-4,5 МПа), напівжорстке формування (формувальна вологість 15-20 %, пластична міцність-1,4-2,2 МПа); м'яке формування (формувальна вологість 19-27 %, пластична міцність 0,4-1,4 МПа). На етапі сушіння виробів пластичного формування спостерігається перехід від коагуляційної структури до конденсаційної. Конденсаційні структури порівняно з коагуляційними значно міцніші і характеризуються точковими контактами часточок.
У свою чергу, кристалізаційні структури кераміки формуються під час випалювання і справляють значний вплив на кінцеві експлуатаційні властивості виробів (В.Ф. Павлов, П.П. Будніков, Г. Зальманг, Л.П. Черняк).
Отже, в разі композиційного шихтування полімінеральних глин, які відрізняються високою формувальною вологістю, з некондиційною сировиною природного і техногенного походження, як "армувальними" компонентами спіснювачами-плавнями можливе формування міцних коагуляційних структур пониженої формувальної вологості і як наслідок отримання архітектурно-оздоблювальної кераміки з заданими властивостями кристалізаційної структури.
Таким чином, на підставі аналізу літературних джерел обрано основний напрям досліджень.
У другому розділі наведено методи дослідження, обґрунтовано вибір і дано характеристики об'єктів дослідження.
При розробці керамічних мас для виробництва лицьової цегли з заданими властивостями шляхом спрямованого регулювання їх структуроутворення як глинистий компонент застосовували широко представлені в промисловості полімінеральні монтморилонітові глини Сумської обл. і полімінеральні глауконітові глини Харківського регіону.
Аналіз літературних даних засвідчив, що найбільший інтерес для виробництва будівельної кераміки становить використання як спіснювачів-плавнів інтрузивних польовошпатових порід, значно поширених в масивах Українського щита. Тому в якості некондиційної сировини природного походження було вибрано польовошпатовмісні відходи промисловості ─ відсіви каменедробіння Коростенського родовища Житомирської обл. З урахуванням попереднього досвіду вибрано “червоні” відсіви, що характеризуються підвищеним вмістом забарвлювальних (3,67 %) і лужних оксидів (8,37 %), мозаїчністю структури польовошпатових мінералів, що може інтенсифікувати спікання керамічних мас за рахунок твердофазних реакцій із центрами на дефектах кристалічних ґраток.
Глинистою некондиційною сировиною природного походження слугували некондиційні каоліни Іршанського ГЗК Житомирської обл., Обозненського родовища Кіровоградської обл., Глуховецького родовища Вінницької обл., Іванівського родовища Житомирської обл., які різняться вмістом забарвлювальних оксидів та органічних домішок.
Значний інтерес для виробництва керамічних матеріалів із заданими властивостями становить використання некондиційної сировини техногенного походження. За таку сировину було взято шлаки Зміївської ТЕЦ Харківської обл., що зумовлено особливостями хіміко-мінерального складу та її територіальним розміщенням поблизу Харкова. Головною вимогою до цієї сировини є мінімальний вміст оксидів кальцію і сірки за максимального вмісту лужних і забарвлених оксидів. Шлаки Зміївської ТЕЦ різняться низьким вмістом сірки (0,38%), присутністю оксидів кальцію (3,87 %) і лужних оксидів (3,63 %) та високим вмістом забарвлювальних оксидів (11,98 %).
Тому і доцільно їх застосувати для виробництва лицьової цегли попередньо, визначивши найефективніший шлях використання.
Для виробництва високоміцної лицьової керамічної цегли способом напівжорсткої екструзії як пластифікувальну добавку застосовували бентоніти Дашуківського родовища, як поверхнево-активну речовину некондиційну сировину техногенного походження ─ біопласт (відхід дріжджового виробництва).
Шлаки Зміївської ТЕЦ і коростенські гранітні відсіви в разі випалювання до 1000оС є термоінертними матеріалами. В зв'язку з цим таку сировину можна використовувати як "армувальний" компонент спіснювач, а з урахуванням особливостей хіміко-мінералогічного складу ─ як "армувальний" компонент спіснювач ─ плавень.
Сировиною, що знижує чутливість до сушіння досліджуваних полімінеральних монтморилонітових глин, можуть слугувати не тільки традиційні спіснювачі ─ термоінертні матеріали, а й некондиційні каолінові глини, зокрема глини Обозненського, Глуховецького та Іванівського родовищ. Це зумовлено тим, що основна втрата маси, пов'язана з виділенням конституційної води, спостерігається за температур понад 400оС. У разі, використання каолінових глин досягається також ефект оптимізації хіміко-мінералогічного складу і, як наслідок, підвищення експлуатаційних властивостей керамічних мас.
Некондиційні каолінові "чорні" глини Іванівського родовища різняться збільшеним вмістом низько - і середньотемпературного комплексу органічних домішок. За використання цієї сировини в керамічній масі створюється відновлювальне середовище і, як наслідок, підвищуються експлуатаційні властивості та розширюється кольорова гама лицьової цегли.
У третьому розділі наведено результати дослідження структуроутворення та схарактеризовано властивості дослідних мас системи глина ─ некондиційна сировина техногенного походження.
Одним із способів регулювання коагуляційної структури є зміна ступеня взаємодії дисперсних часточок із водою додаванням поверхневоактивних речовин. Стабілізувальна дія біопласту пов'язана з його здатністю створювати розвинені гідратні оболонки. Адсорбуючись на поверхні кристалічних мінералів глин, вони начебто передають часточкам свою гідратну оболонку та агрегативну стійкість. Біопласт належить до речовин, які є "захисними колоїдами".
Було досліджено вплив біопласту на структуроутворення глауконітової "зеленої" глини та монтморилонітової "коричневої" глини. Ці глини різняться за кераміко-технологічними властивостями. Так, "зелена" глауконітова глина характеризується високою формувальною вологістю (32-42 % )і нечутлива до сушіння, в той час як "коричнева" монтморилонітова глина має меншу формувальну вологість ( 22 ─ 24%) і чутлива до сушіння. У результаті досліджень визначено оптимальну кількість біопласту. Так, у разі додавання до глауконітових глин 1 % біопласту формувальна вологість знижується на 5 %, за деякого зростання міцності на стиск і зниження водопоглинання. Чим нижча формувальна вологість керамічної маси, тим менше повітряна усадка, щільніший напівфабрикат та інтенсивніше спікання. Внаслідок додавання до монтморилонітових глин 1,5 % біопласта формувальна вологість знижується мало за зменшення чутливості до сушіння та незначного підвищення фізико-технічних властивостей керамічних мас.
З метою зміни ступеня досконалості коагуляційних структур і регулювання властивостей керамічних мас широко використовують шихтування глин різного хіміко-мінералогічного складу. У зв'язку з цим було досліджено вплив некондиційних каолінів і шлаків ТЕЦ на процеси структуроутворення керамічних мас на основі глауконітових та монтморилонітових глин.
Доведено, що некондиційні каоліни істотно знижують чутливість до сушіння монтморилонітових глин. Тріщиностійкість виробів під час сушіння підвищується мабуть за рахунок зниження усадкових напружень внаслідок меншої повітряної усадки каолінів порівняно з усадкою монтморилонітових пластичних глин.
Використання некондиційних каолінів для зниження чутливості до сушіння монтморилонітових глин зумовлено також тим, що основна втрата маси, пов'язана з видаленням конституційної води з каолініту, спостерігається за температур понад 500оС. В температурному інтервалі 100 ─ 400оС втрата маси обозненським каоліном дорівнює 1,7 %, глуховецьким ─ 0,8, іванівським ─ 1,4 %.
У результаті досліджень також встановлено, що в системі монтморилонітова глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт найбільший вплив на зниження формувальної вологості чинять шлаки. Однак у разі додавання шлаків погіршуються сушильні властивості монтморилонітових глин. Це може бути зпричинено тим, що інертний наповнювач (шлак), який характеризується бездефектною склоподібною структурою, зменшує силу зчеплення часточок монтморилонітових глин, внаслідок чого їх сушильні властивості погіршуються.
Отже, в разі використання монтморилонітових "коричневих" глин шлаки ТЕЦ істотно не впливають на їх структуроутворення і не становлять технологічного інтересу.
У зв'язку з цим подальше вивчення особливостей структуроутворення керамічних мас із застосуванням некондиційної сировини техногенного походження проводили на дослідній системі глауконітова глина ─ шлак.
За допомогою регресійного аналізу розроблено математичні моделі взаємовпливу різних чинників на властивості дослідних мас. Чинниками (Хj) були компоненти керамічної шихти та температура її випалювання, відгуками (Yk), що характеризували властивості коагуляційної структури, ─ формувальна вологість та пластичність; конденсаційної структури ─ чутливість до сушіння; кристалізаційної структури ─ водопоглинання та міцність на стиск.
Математична модель мала такий вигляд:
,
де aj(j=0,1,…,3) –коефіцієнти моделі.
Перед побудовою математичної моделі з використанням кореляційного аналізу було досліджено взаємозв'язки між відгуками та чинниками. Найзначніші зв'язки було враховано в регресійних рівняннях.
Встановлено, що найбільший вплив на оптимізацію коагуляційної структури (зниження формувальної вологості) має взаємодія глауконітової "зеленої" глини зі шлаком і некондиційними каолінами.
Методом багатокритеріальної оптимізації та випадкового пошуку, зменшуючи величину формувальної вологості за заданих параметрів: водопоглинанні ≤10 %, міцність на стиск ≥25 МПа, вибрано оптимальний склад маси для отримання лицьової цегли та клінкеру, %: глауконітова "зелена" глина ─ 60, шлак ТЕЦ ─ 30, каолін ─ 5,бентоніт ─ 5. Новизна розробленого складу маси підтверджена патентом України № 58001.
Аналіз хіміко-мінералогічного складу компонентів дослідних мас і результатів математичного моделювання показав, що для отримання високоміцної лицьової та клінкерної керамічної цегли потрібна оптимізація хіміко-мінералогічного складу шихти синтезом каолініт-глауконітмонтморилонітової суміші, яка характеризується вмістом суми FeO+ RO+RO=13,59 %, при сумі лужних і лужноземельних оксидів (RO+RO) 5,72% за співвідношення RO /RО=0,73 %.
Для перевірки результатів багатокритеріальної оптимізації досліджено склади мас близькі до оптимального (табл.1).
Таблиця 1
Склад дослідних мас
|
Шифр маси |
Склад компонента, мас.% |
|
Глина “зелена” |
Шлак |
Бентоніт |
Глина КО-3 |
|
|
30 |
- |
|||
|
36 |
||||
|
37 |
- |
|||
|
38 |
||||
|
39 |
- |
|||
|
40 |
Очевидно (рис. 1, 2), що на основі мас 36, 37 і 40 можливе отримання високоміцної лицьової керамічної цегли міцністю на стиск більше 25 МПа.
Отже, встановлено ефективність застосування шлаків ТЕЦ для оптимізації структуроутворення керамічних мас та отримання виробів із заданими властивостями на основі глауконітових "зелених" глин.
При виробництві керамічної цегли способом напівжорсткої екструзії постає завдання отримання такої керамічної маси, яка б забезпечила, за високих експлуатаційних властивостей потрібні параметри коагуляційної структури, тобто за максимально можливого зниження вологості достатню пластичну міцність керамічної маси, здатної витримати навантаження під час сушіння виробів у пакетах на грубних вагонах.
Рис. 1. Залежність властивостей дослідних мас,
випалених при температурі 1050°С, від їх складу
Рис.2. Залежність властивостей дослідних мас,
випалених при температурі 1100°С, від їх складу
У зв'язку з цим досліджували пластичну міцність мас через 1 добу та через 14 діб їх вилежування. При цьому визначали формувальну вологість дослідних шихт.
Згідно з експериментальними даними (табл.2), дослідні маси 30, 36, 39 та 40 характеризуються числом пластичності 10, що повністю відповідає вимогам до шихт для формування цегли способом напівжорсткої екструзії.
Аналіз експериментальних данихзасвідчує, щозі зменшенням концентрації дисперсної фази та формувальної вологості дослідних мас зростає пластична міцність (див. табл. 2). Крім того, на величину пластичної міцності дослідних мас впливає також їх мінералогічний склад.
Таблиця 2
Властивості коагуляційної та конденсаційної структур дослідних мас
|
Шифр маси |
Період вилежування |
|
1 доба |
діб |
|
Формувальна вологість, % |
Пластична міцність, МПа |
Чутливість до сушіння, с |
Формувальна вологість, % |
Пластична міцність, МПа |
Число пластичності |
|
|
30 |
,48 |
,48-0,54 |
,33 |
,06 |
,5 |
,58 |
|
36 |
,94 |
,36-0,42 |
,33 |
,16 |
,89 |
,08 |
|
37 |
,73 |
0,36-0,42 |
,66 |
,23 |
,74 |
,88 |
|
38 |
,70 |
,36-0,42 |
24,35 |
,75 |
,86 |
|
|
39 |
,33 |
,36-0,39 |
,66 |
,77 |
,33 |
10,73 |
|
40 |
,08 |
,36-0,39 |
,93 |
,45 |
10,85 |
Так, дослідні маси 36 та 39 після 14 діб вилежування за однакової концентрації дисперсної фази (див. табл. 2) характеризуються різною пластичною міцністю. Дослідна маса 39 є каолініт - глауконітовою сумішшю, дослідна маса 36 ─ каолініт - глауконіт-монтморилонітовою сумішшю.
Таким чином, більша пластична міцність дослідної маси 36 пов'язана з оптимізацією хімікомінералогічного складу керамічної шихти. У такий спосіб експериментально доведено, що каолініт-монтморилоніт-глауконітові суміші (склад 36), мають оптимальні властивості коагуляційної структури: за однакової концентрації дисперсної фази ─ більші пластичну міцність і пластичність, порівняно з каолініт-глауконітовими сумішами (склад 39). Однак каолініт-глауконітові суміші характеризуються меншою чутливістю до сушіння.
Для всіх дослідних мас експериментально підтверджено оптимізацію властивостей коагуляційної структури при вилежуванні (див. табл. 2).
Для моделювання дослідних мас із заданими властивостями вивчали вплив монофракційного складу шлаків на властивості коагуляційної, конденсаційної та кристалізаційної структур. Так, зі збільшенням крупності частинок шлаку (від 0,25 до 3 мм) зменшуються пластичність і пластична міцність керамічних мас та збільшується їх чутливість до сушіння. З урахуванням вимог до керамічних мас напівжорсткої екструзії крупність частинок шлаку не повинна перевищувати 1 мм. При цьому керамічні маси характеризуються пластичною міцністю 1,5─2,16 МПа за числа пластичності 10,58─10,3.
Дослідженням впливу монофракційного складу шлаку на властивості кристалізаційної структури встановлено, що з ростом крупності часточок шлаку понад 1 мм спостерігаються різке підвищення водопоглинання і зменшення міцності на стиск. Ця тенденція має місце в інтервалі температур випалювання 1000─1100оС.
З урахуванням наведених вище результатів досліджень впливу монофракційного складу шлаку на властивості керамічних мас та динаміку подрібнення шлаку на різних дробарках розроблено поліфракційний склад шлаку (табл.3) і досліджено його вплив на властивості мас.
Аналізом експериментальних даних підтверджено, що в разі використання фракційного складу шлаку 1 і 2 (табл. 3) у композиціях глина ─ шлак ─ каолін та глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт, та випалювання за температурою1050оС можна отримати лицьову керамічну цеглу міцністю на стиск 22,70-31,2 МПа. Крім того, з використанням як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ отримано лицьові архітектурно-оздоблювальні вироби з фактурою, що імітує природний камінь.
Таблиця 3
Фракційний склад дослідних мас
|
Фракційний склад шлаку, мм |
Шифр маси |
|
Х |
Р |
1 |
||||
|
>3 |
,40 |
- |
- |
- |
- |
|
|
3-2 |
,50 |
- |
- |
- |
,92 |
|
|
2-1 |
,53 |
,5 |
- |
,5 |
,85 |
|
|
1-0,5 |
,11 |
,5 |
,0 |
,16 |
||
|
0,5-1,25 |
,74 |
,0 |
,0 |
,50 |
||
|
<0,25 |
,20 |
,5 |
,5 |
,50 |
З використанням диференційно-термічного аналізу та термогравіметрії для розкриття й регулювання механізмів зміни структури вивчено фізико-хімічні процеси, що відбуваються під час переходу від конденсаційної до кристалізаційної структури за високотемпературної обробки дослідних зразків (до 1000оС). За допомогою рентгеноструктурного аналізу визначено склад та властивості нових фаз, що кристалізуються та залежать від хіміко-мінералогічного складу сумішей і визначають експлуатаційні властивості виробів.
Так в оптимальних композиціях шлаків ТЕЦ з глауконітовою "зеленою" глиною, каоліном і бентонітом руйнування глинистих мінералів та кристалізація новоутворень відбуваються за температури 880─890оС (рис. 3). Це сприяє отриманню керамічних мас із поліпшеними фізико-технічними властивостями за низькотемпературного випалювання, тоді як у глауконітовій глині в досліджуваному температурному інтервалі до 1000оС кристалізація новоутворень не зафіксована. Встановлено, що в разі випалювання глауконітових глин за температурою 1050оС кристалізуються кристобаліт, гематит, кварц і польовий шпат. За оптимального хіміко-мінералогічного складу шихти глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт і температури випалювання 1050оС збільшується кількість кристобаліту (до 8,5%), гематиту і формується більш розвинена склофаза, що засвідчує зменшення рефлексів кварцу. Отже, в системі глауконітова глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт відбувається спікання черепка за рахунок появи рідкої фази внаслідок чого поліпшуються експлуатаційні властивості зразків
Петрографічними дослідженнями доведено, що у склофазі високоміцного черепка системи глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт рівномірно розподілені залишкові алевритові компоненти глини, ізотропне частково або повністю закристалізоване скло та тонкодисперсні скупчення каоліну. Алевритові компоненти глини представлені зернами кварцу, польового шпату, шматочками слюди та панцирами черепашок (рештки після плавлення глауконіту). Контакт склоподібних включень механічно-корозійний (контакт-защемлення). Склоподібні включення дрібні, нерідко із шорсткуватою дефектною структурою, що забезпечує ущільнення адгезійного шару та інтенсифікує спікання керамічної маси.
|
Рис. 3. Диференційно - термічний аналіз дослідних мас |
Рис. 4. Рентгенофазовий аналіз зразків ЗL(1);39(2); 36(3):V - гематит; О-мікроклін; -кристаболіт; -кварц |
У четвертому розділі наведено результати дослідження структуроутворення і властивості керамічних мас системи глина ─ некондиційна сировина природного походження. Такою сировиною є як "армувальні" матеріали (спіснювачі-плавні) - гранітні відсіви, так і некондиційні каоліни.
За допомогою регресійного аналізу розроблено математичні моделі взаємодії та впливу на властивості дослідних мас їх складу і температури. Методом кореляційного аналізу досліджено взаємозв'язки у системах монтморилонітова глина ─ каолін, монтморилонітова глина ─ каолін─ відсіви. З використанням математичного моделювання та симплекс-ґратчастого планування експерименту на основі цих систем розроблено склади мас для отримання як лицьової цегли, так і клінкерних виробів. Для виробництва лицьової цегли визначено склад маси S, %: глина ─ 58, каолін ─ 37,2, гранітні відсіви ─ 4,8. Склад характеризується числом пластичності 14,09, формувальною вологістю 24,14 %, чутливістю до сушіння 140 с. Після випалювання за 1050оС зразки мали міцність на стиск 17,39 МПа за водопоглинання 11,05 %. Для отримання клінкерних виробів визначено склад маси S, %: глина─69,72, каолін─7,2, гранітні відсіви─23,07. Склад характеризується числом пластичності 11,90, формувальною вологістю 20,01 %, чутливістю до сушіння 105,04 с. Після випалювання за 1100оС зразки мали міцність на стиск 19,99 МПа, за водопоглинання 5,7 %.
Зростання фізико-технічних показників зразків дослідних складів системи монтморилонітова глина ─ каолін ─ гранітні відсіви пов'язане з інтенсифікацією розвитку кристалічних новоутворень: кристалізацією кристобаліту та гематиту за зменшення кількості кварцу і польового шпату, що засвідчує вищий ступінь розвитку склофази.
Як зазначено в розд. 3, за використання як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ отримати гладку поверхню лицьової цегли неможливо. У зв'язку з цим постало завдання пошуку такого армувального компонента, використання якого дало б змогу оптимізувати структуроутворення керамічних мас на основі глауконітової глини й отримати однорідну гладеньку фактуру лицьової цегли. З огляду на особливості хіміко-мінералогічного складу та властивостей як такий матеріал було випробувано некондиційну сировину природного походження ─ гранітні відсіви Коростенського родовища.
За методом найменших квадратів побудовано рівняння регресії залежності властивостей дослідних мас від складу та температури, на основі цих рівнянь методом багатокритеріальної оптимізації і випадкового пошуку за заданих параметрів, вибрано оптимальний склад маси (ЗБ-2) для отримання лицьової цегли, %:глауконітова "зелена" глина ─ 59, відсів ─ 20, каолін ─ 16, бентоніт ─ 5.
Пластична міцність оптимальної маси після 1 доби вилежування складає 0,31─0,34 МПа. Після 14 діб вилежування пластична міцність складає 1,65─1,8 МПа. Найбільший вплив на оптимізацію коагуляційної структури дослідних мас (зниження формувальної вологості глауконітової "зеленої" глини) чинить її взаємодія з гранітними відсівами, некондиційними каолінами Обозненського родовища та бентонітом. У разі формування оптимальних коагуляційних структур формуються оптимальні конденсаційні та кристалізаційні структури.
Встановлено, що в процесі вилежування дослідних мас упродовж 14 діб спостерігаються зниження формувальної вологості та зростання пластичної міцності керамічних мас. Найбільшою пластичною міцністю,пластичністю й найменшою чутливістю до сушіння характеризується маса ЗБ-2, що містить відсіви дисперсністю < 1 мм.
Оптимальним властивостям коагуляційної та конденсаційної структур зразків ЗБ-2 відповідають і оптимальні властивості кристалізаційної структури. Так, зразки ЗБ-2., що містять гранітні відсіви фракції <1 мм, характеризуються найменшим водопоглинанням і найбільшою міцністю на стиск. Ця тенденція спостерігається в усьому досліджуваному інтервалі температур 1050 ─ 1150оС. У разі використання як "армувального" компонента (спіснювача-плавня) гранітних відсівів каменедробіння дисперсністю < 1 мм на основі глауконітової "зеленої" глини способом напівжорсткої екструзії отримано лицьову керамічну цеглу гладкої фактури марок "150"─"175".
В оптимальних композиціях гранітних відсівів із глауконітовою "зеленою" глиною, каоліном і бентонітом руйнування глинистих мінералів і кристалізація новоутворень відбуваються за температур 900─920оС (див. рис. 6). Це сприяє отриманню керамічних мас із поліпшеними фізико-технічними властивостями за низькотемпературного випалювання, тоді як у глауконітовій глині (ЗL) в досліджуваному температурному інтервалі до 1000оС кристалізація новоутворень не зафіксована. Зростання фізико-технічних показників дослідних зразків у системах "зелена" глина ─ каолін (ЗL-2), "зелена" глина ─ каолін ─ відсіви (ЗО-2) та "зелена" глина ─ каолін ─ відсіви ─ бентоніт (ЗБ-2) порівняно зі зразками на основі "зеленої" глини ЗL зумовлене інтенсифікацією розвитку кристалічних новоутворень. Так, для зразків ЗL-2 спостерігається збільшення кількості кристобаліту до 16,1 % і гематиту за незначного збільшення кількості кварцу (до 10,6 %) і деякого зменшення кількості польового шпату (до 1,5 %). У системі ЗО-2 кристобаліт відсутній, однак зафіксовано зростання інтенсивності рефлексів гематиту за деякого зменшення кількостей кварцу (до 10,3 %) і польового шпату (до1,4 %). Для зразків ЗБ-2 збільшуються рефлекси гематиту за незначного зменшення кількості кварцу (до 10,3 %) і практично незмінного вмісту польового шпату ( 1,5%). В цьому разі зростання фізико-механічних показників зразків системи "зелена" глина ─ каолін ─ гранітні відсіви ─ бентоніт зумовлене реакціями у твердій фазі, що підтверджують стабільні кількості кварцу та польового шпату.
У п'ятому розділі наведено розроблені рекомендації щодо виробництва лицьової архітектурно-оздоблювальної цегли широких кольорової гами та фактури з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження способами пластичної та напівжорсткої екструзії. Так, для отримання лицьової керамічної цегли світлих тонів на основі монтморилонітової "коричневої" глини як активний спіснювач, потрібно використовувати некондиційні каоліни з низьким вмістом барвних оксидів. (Обозненський, Глуховецький і.т.п.).
Для одержання лицьової керамічної цегли коричневого і темно-коричневого кольору на основі монтморилонітової глини як активний спіснювач слід комплексно застосовувати каоліни Іванівського родовища.
Рис. 6. Диференційно - термічний
аналіз дослідних мас
|
Рис. 7. Рентгенофазовий аналіз зразків ЗL(1);ЗL-2(2); 3О-2(3); 3Б-2(4). V - гематит; О-мікроклін; -кристаболіт; -кварц |
На ХФ ЗАТ "СБК" впроваджена технологія виробництва лицьової цегли різної фактури способом напівжорсткої екструзії за безпересадочною технологією з використанням некондиційної сировини техногенного та природного походження .
З використанням як "армувального" компонента некондиційної сировини техногенного походження ─ шлаків ТЕЦ отримано лицьову керамічну цеглу марки "175" і вище із шорсткуватою фактурою, що після випалювання імітує природний камінь; із гранітоподібною фактурою, отриманою шліфуванням; зі фактурою під "рваний" камінь, створеною "ошкурюванням" свіжовідформованого бруса та за рахунок відколювання лицьової поверхні випаленої цегли; із гладкою фактурою (рис. 8) марки "150" і вище в разі використання як "армувального" компонента некондиційної сировини природного походження ─ гранітних відсівів Коростенського родовища.
|
а |
б |
в |
|
г |
д |
е |
|
Рис.8. Лицьова керамічна цегла ХФ ЗАТ “СБК”: із шороховатою (а), гранітоподібною (б, в, д), під “рваний” камінь (г) та із гладенькою (е) фактурою |
ВИСНОВКИ
1. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджена можливість отримання методом екструзії лицьової та високоміцної керамічної цегли широкої кольорової гами і потрібної фактури за рахунок регулювання процесів структуроутворення керамічних мас, отриманих з використанням некондиційної сировини України.
. Розроблено критерії оцінки придатності застосування сировини в технології виготовлення лицьових керамічних виробів: вміст водорозчинних солей у ній не повинен перевищувати 5 мг. екв /100 гр., за вмісту суми FeO та RO +RO 13,59─7,25 %, суми RO+RO 5,72─4,08 % й відношення RO/RO 0,73─0,35 %.
3. Доповнено теорію спрямованого регулювання структуроутворення керамічних мас. Так, у разі регулювання процесів структуроутворення полімінеральної глауконітової глини зміною концентрації дисперсної фази підтверджено, що зі зниженням кількості дисперсної фази (тобто зі зниженням формувальної вологості після вилежування мас упродовж 14 діб) формуються коагуляційні структури, які характеризуються вищою пластичною міцністю. Встановлено, що найміцнішу (1,33─1,89 МПа) коагуляційну структуру мають склади системи глауконітова глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт, що, у свою чергу, обумовлює їх використання в процесі напівжорсткої екструзії.
У разі регулювання структуроутворення полімінеральної глауконітової та монтморилонітової глин зміною ступеня взаємодії дисперсних часточок з водою внаслідок додавання ПАР утворюються коагуляційні структури з нижчою на 2-5 % формувальною вологістю та конденсаційні структури середнєчутливі до сушіння. Ступінь впливу ПАР найбільшою мірою залежить від хіміко-мінералогічного складу глини.
. Розроблено математичні моделі впливу складу та температури випалювання на властивості дослідних мас. За допомогою розробленої математичної моделі оптимізовано властивості коагуляційної, конденсаційної і кристалізаційної структур керамічних мас систем глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт і глина ─ відсіви ─ каолін ─ бентоніт для отримання лицьової цегли способом напівжорсткої екструзії. Новизна розробленого складу підтверджена деклараційним патентом № 58001.
. Встановлено вплив "армувальних" компонентів (спіснювачів-плавнів) як техногенного (шлак), так і природного (гранітні відсіви) походження на структуроутворення керамічних мас на основі глин різного мінералогічного складу.
Формування коагуляційної структури оптимальних складів з використанням як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ і введенням каолініт-монтморилонітових добавок у керамічні маси на основі глауконітової глини створює оптимальні конденсаційні та кристалізаційні структури, що забезпечує отримання на основі цих мас як лицьової цегли марки "250" і вище, так і клінкерних виробів. Регулювання властивостей коагуляційної структури, з використанням як "армувального" компонента гранітних відсівів і введення каолініт-монтморилонітових добавок в керамічні маси на основі глауконітової глини, забезпечує виробництво лицьової керамічної цегли марок "150"─"175".
. У разі використання як "армувального" компонента спіснювача-плавня шлаків ТЕЦ отримання лицьової керамічної цегли марки "250" і вище пов'язане з інтенсифікацією кристалізації новоутворень (кристобаліту, гематиту) і формуванням більш развиненої склофази, за рахунок оптимізації хіміко-мінералогічного складу шихти системи глина ─ шлак ─ каолін ─ бентоніт.
У разі застосування як "армувального" компонента спіснювача-плавня гранітних відсівів простежуються такі самі тенденції у формуванні кристалічних новоутворень. Однак за рахунок використання гранітних відсівів, що різняться мозаїчністю структури й наявністю пертитових вростків, переважають реакції у твердій фазі. Це зумовлює зростання міцності на стиск до 150-175 МПа за зменшення усадки виробів, що становить інтерес для отримання лицьової цегли способом напівжорсткої екструзії.
. Термічним аналізом доведено, що в оптимальних композиціях шлаків ТЕЦ і гранітних відсівів із глауконітовою "зеленою" глиною, каоліном та бентонітом руйнування глинистих мінералів і кристалізація новоутворень відбувається за нижчих температур (на 80─120 град), ніж у чистій глині. Це є одним із чинників, що зумовлює більшу міцність кристалізаційної структури оптимальних композицій дослідних мас за низькотемпературного випалювання.
. На основі встановлених закономірностей розроблено рекомендації щодо виробництва лицьової архітектурно-оздоблювальної цегли широких кольорової гами та фактури з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження способами пластичної і напівжорсткої екструзії.
Так, за використання як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ можна отримати лицьову керамічну цеглу марки "250" і вище з різними фактурами: шорсткуватою, гранітоподібною, фактурою під "рваний" камінь. У разі використання як "армувального" компонента гранітних відсівів можливе виробництво лицьової керамічної цегли марок "150"─"175" із гладкою фактурою.
Щоб дістати лицьову керамічну цеглу світлих тонів на основі монтморилонітової коричневої глини, як активний спіснювач, слід використовувати некондиційні каоліни з низьким вмістом барвних оксидів (Обозненський, Глуховецький тощо).
Для отримання лицьової керамічної цегли коричневого і темно-коричневого кольору на основі монтморилонітової глини як активний спіснювач треба комплексно застосовувати каоліни Іванівського родовища з високим вмістом барвних оксидів та органічних домішок.
. На Харьковскому філіалі ЗАТ "СБК" в липні 2003 р. впроваджено технологію виробництва лицьової керамічної цегли різної кольорової гами та фактури способом напівжорсткої екструзії за безпересадковою технологією з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження. Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи на ХФ ЗАТ "СБК" становить 51 грн. 60 коп. на 1000 шт. ум. цегли, що відповідає 3 096 000 грн. за випуску 60 млн. шт. ум. цегли.
Основні положення дисертації викладено в працях:
1. Телющенко И.Ф., Сай В.И., Огородник И.В. Современная технология и способы направ-ленного регулирования свойств строительной керамики //Строит. материалы и изделия. ─ 2001. ─ №5-6 ─ С.22 ─ 23.
2. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н., Крупа А.А. Разработка математической модели взаимодействия компонентов керамической массы //Строит. материалы и изделия.─ 2002. ─ №5. ─ С.3 ─ 6.
3. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Крупа А.А. Биопласт ─ эффективная добавка для керамических масс //Строит.материалы и изделия .─ 2003. ─ №1. ─ С.11 ─ 13.
4. Телющенко И.Ф., Огородник И.В., Доний А.Н. Оптимизация процессов структурообра-зования керамических масс системы монтмориллонитовая глина ─ некондиционное сырье природного и техногенного происхождения //Строит. материали и изделия. ─ 2003. ─ №7. ─ С.42 ─ 45.
5. Деклараційний патент на винахід №58001 7 С04У 33/00 "Керамічна маса для виготовлення лицьової цегли" / И.Ф. Телющенко, А.А.Крупа, А.Л.Савченко та ін. Подано 04.07.2002 р. отрим. 15.07.2003 р. Бюл. №7.
6. Телющенко И.Ф. Исследование структурообразования и свойств опытных масс системы глина ─ некондиционное сырье техногенного происхождения // Буд. матеріали, вироби та санітарна техніка. ─ 2003. ─ №18. ─ С.59 ─ 67.
7. Телющенко И.Ф., Огородник И.В. Особенности формирования кристаллизационной структуры керамических масс с использованием шлаков ТЭС //Строит. материалы и изделия. ─ 2004. ─ №2 ─ С.11 ─ 14.
АНОТАЦІЯ
Телющенко І.Ф. Лицьова керамічна цегла з використанням некондиційної сировини природного і техногенного походження.-Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.23.05 ─ Будівельні матеріали та вироби. ─ Український науково-дослідний та проектно-конструкторський інститут будівельних матеріалів та виробів "НДІБМВ".
Теоретично й експериментально обґрунтовано та практично підтверджено можливість регулювання процесів структуроутворення керамічних мас використанням некондиційної сировини України для отримання лицьової та високоміцної керамічної цегли широких кольорової гами і фактури способами пластичної і напівжорсткої екструзії. Встановлено, що в разі регулювання властивостей коагуляційної структури використанням як "армувального" компонента шлаків ТЕЦ і введенням каолініт ─ монтморилонітових добавок у керамічні маси на основі полімінеральної глауконітової глини можливе отримання спеченого керамічного черепка, що забезпечує виготовлення на основі цих мас як лицьової цегли, так і клінкерних виробів. У процесі оптимізації хіміко-мінералогічного складу шихти системи глина ─ шлаки ─ каолін ─ бентоніт оптимізується також кристалізація новоутворень і формується більш розвинена скло-фаза. Встановлено, що в разі використання як "армувального" компонента гранітних відсівів простежуються такі самі тенденції в формуванні кристалічних новоутворень. Це обумовлює зростання показників міцності за зменшення усадки виробів, що становить інтерес для виробництва лицьової цегли способом напівжорсткої екструзії. Із застосуванням розроблених складів мас впроваджено технологію виробництва лицьової керамічної цегли способом напівжорсткої екструзії.
Економічний ефект від впровадження результатів дисертаційної роботи на ХФ ЗАТ "СБК" становить 51 грн. 60 коп. на 1000 шт. ум. цегли, що відповідає 3 096 000 грн. за виробництва 60 млн. шт. ум. цегли.
Ключові слова: керамічні маси, лицьова цегла, некондиційна сировина природного і техногенного походження, "армувальний" компонент, спіснювачі-плавні, шлак, відсів, фазовий склад, новоутворення, структуроутворення, коагуляційна, кристалізаційна та конденсаційна структури.
АННОТАЦИЯ
Телющенко И.Ф. Лицевой керамический кирпич с использованием некондиционного сырья природного и техногенного происходения.─Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.05─Строительные материалы и изделия ─ Украинский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт строительных матреиалов и изделий "НИИСМИ".
Анализ литературных данных показал, что для производства стеновой керамики значительный интерес представляет использование крупнотоннажного некондиционного сырья природного и техногенного происхождения, которое играет в технологическом процессе роль "армирующего" компонента отощителя-плавня. Использование данного сырья позволило разработать технологию получения лицевого кирпича способом полужесткой экструзии, что в свою очередь, дало возможность значительно повысить качество лицевых керамических изделий, рас-ширить их ассортимент, цветовую гамму и фактуру.
Анализ современных тенденций развития керамических технологий показал, что технологический процесс производства лицевого керамического кирпича по существу является процессом формирования и последовательного изменения их структур. Свойства керамических материалов неразрывно связаны с их составом и структурой. Установление связи между составом и структурой, с одной стороны и свойствами ─ с другой, способствует созданию высококачественных керамических материалов с заданными свойствами. Для эффективного регулирования свойств и качества керамики процессы структурообразования масс и изделий, технологии производства необходимо рассматривать комплексно.
В связи с этим в работе теоретически и экспериментально обосновано регулирование процессов структурообразования керамических масс для получения лицевого и высокопрочного керамического кирпича широких цветовой гаммы и фактуры способом как пластической, так и
полужесткой экструзии с использованием некондиционного сырья Украины. Определены особенности структурообразования опытных систем на основе глауконитовых полиминеральных глин и монтмориллонитовых полиминеральных глин с использованием в качестве "армирующих" компонентов некондиционного сырья природного и техногенного происхождения. Допол-нена теория направленного регулирования структурообразования керамических масс. Установлено, что наиболее прочной коагуляционной структурой характеризуются составы системы глау-конитовая глина –шлак –каолин бентонит, что, в свою очередь, обусловливает их использо-вание при полужесткой экструзии. В случае регулирования процессов структурообразования полиминеральной глауконитовой глины путем изменения степени взаимодействия дисперсных частиц с водой добавлением ПАВ формируются коагуляционные структуры с меньшей формо-вочной влажностью и конденсационные структуры менее чувствительные к сушке. Установлено, что при регулировании свойств коагуляционной структуры путем использования в качестве "армирующего" компонента шлаков ТЭС и введением каолинит-монтмориллонитовых добавок в керамические массы на основе полиминеральной глауконитовой глины возможно получение спеченного керамического черепка, что обусловливает получение на основе данных масс как лицевого кирпича, так и клинкерных изделий. Установлено, что при оптимизации химико-мине-ралогического состава шихты системы глина ─ шлак ─ каолин ─ бентонит оптимизируется кристаллизация новообразований и формируется более развитая стеклофаза. При применении в качестве "армирующего" компонента гранитных отсевов прослеживаются те же тенденции в формировании кристаллических новообразований. Однако за счет использования гранитных отсевов, отличающихся мозаичностью и дефектностью структуры, преобладают реакции в твер-дой фазе, на что указывает практически не изменяющееся количество кварца. Это обусловливает рост прочностных показателей при уменьшении усадки изделий, что представляет интерес при получении лицевого кирпича способом полужесткой экструзии. Разработаны рекомендации по производству лицевого архитектурно-отделочного кирпича широкой цветовой гаммы и требуемой фактуры с использованием некондиционного сырья природного и техногенного происхождения способом пластической и полужесткой экструзии. На ХФ ЗАО "СБК" внедрена технология получения лицевого кирпича различной фактуры способом полужесткой экструзии по беспересадочной технологии с использованием некондиционного сырья техногенного и природного происхождения. С применением в качестве "армирующего" компонента некондиционного сырья техногенного происхождения ─ шлаков ТЭС получен лицевой керамический кирпич: с шероховатой фактурой, имитирующей природные камни; с гранитопо-добной фактурой путем шлифовки; с фактурой под "рваный" камень как путем "ошкуривания" свежеотформованного бруса, так и за счет откола лицевой поверхности обожженного кирпича. С использованием в качестве "армирующего" компонента некондиционного сырья природного происхождения ─ гранитных отсевов Коростенского месторождения получен лицевой керамический кирпич с гладкой фактурой. Экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на ХФ ЗАО "СБК" составляет 51 грн 60 коп. на 1000 шт. усл. кирпича, что соответствует 3 056 000 грн при выпуске 60 млн шт. усл. кирпича.
Ключевые слова: керамические массы, лицевой кирпич, некондиционное сырье природного и техногенного происхождения, "армирующий" компонент, отощители-плавни, шлак, отсев, фазовый состав, новообразования, структурообразование, коагуляционная, конденсационная и кристаллизационная структуры.
ANNOTATION
Telyushchenko I.F Facing ceramic bricks with the use of non standard raw materials of natural and technogenic origin. - Manuscript.
Dissertation for the title of the Candidate of sciences in the specialty 05.23.05 –building materials and products –Ukrainian Research, project planning and design institute of building materials and products “НДІБМВ”
In the work it was theoretically and experimentally grounded and practically proved the possibility to regulate processes for ceramic masses structure formation by means of non standard Ukrainian raw materials use in order to obtain facing bricks and highly strength bricks of wide color range and texture by the plastic method as well as semi-stiff extrusion. It was established when regulating properties of coagulation structure by the use of thermal power stations slogs as reinforced component and introduction into ceramic masses of kaolinite – montmorillonite additives on the base of gluconite polymineral clay would give the possibility to obtain sintered ceramic body. This causes the possibility to obtain on the base of these clays facing bricks as well as clinker products. When optimizing chemical and mineral composition of the batch systems: clay- slogs – bentonite there is optimization of the crystallization of new formations and it is formed a glass phase more developed. It was established that the use of granite screenings as reinforced component contributed to the same tendencies in crystalline new formations. This causes the growth of strength indices with contraction reduction of the products. With the use of developed mass compositions was introduced the technology for the manufacture of facing bricks by the method of semi-stiff extrusion.
Economical effect from introduction of the dissertation work at ХФ ЗАТ "СБК" makes 51 hryvna 60 kopecks for 1000 pieces of ref. bricks, what corresponds to 3 096 000 hryvna in the production of 60 mln. pieces of ref. bricks.
Key words: ceramic masses, facing bricks, non standard raw material of natural and technogenic origin, reinforced component, clean fluxes, screenings, phase composition new formations, coagulation, crystallization and condensation structures.