ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ НА СВОЙСТВА СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ

STUDY OF THE INFLUENCE OF INDUSTRIAL WASTES ON THE PROPERTIES OF WALL CERAMICS

Tatyana Lazareva

сandidate of Science, professor of Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

Elena Kulikova

lecturer of Pacific National University,

Russia, Khabarovsk

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены вопросы использования техногенных отходов промышленности в производстве керамического кирпича методом пластического формования.

ABSTRACT

This article reviews how to use man-made waste industry in the production of ceramic brick by a method of plastic molding.

Ключевые слова: глина, свойства, добавки, исследование, результат, качество, сушка, обжиг, кирпич керамический.

Keywords: сlay, properties, supplements, research, result, quality, drying, firing, ceramic brick.

Сырьем для производства керамического кирпича на кирпичном заводе ЗАО «Корфовский каменный карьер» является глина Краснореченского месторождения. По своим свойствам, исследуемая глина относится к низкодисперсному, среднепластичному сырью с числом пластичности 12–16, со средней чувствительностью к сушке и высоким содержанием красящих оксидов (Fe₂O₃ – 3,3 %). Глина Краснореченского месторождения является также легкоплавким, слабоспекающимся сырьем с температурой обжига 900–1000ºС. Керамический кирпич, изготовленный из такой глины, характеризуется повышенной плотностью и низким термическим сопротивлением, он имеет пониженный показатель водопоглощения, что препятствует хорошему сцеплению поверхности кирпича со строительным раствором. В процессе сушки и обжига дает значительную усадку, что нередко приводит к образованию трещин и снижению марочной прочности.

Для частичного устранения этих недостатков в такие глины рекомендуется вводить отощающие и выгорающие добавки. На кирпичном заводе № 3 в качестве таких добавок используют золошлаковые отходы ТЭЦ-1 или древесные опилки, процент которых составляет от 12 до 15 % от общей массы сырьевой шихты.

Современные ресурсосберегающие технологии позволяют использовать различные техногенные отходы промышленности в производстве стеновой керамики без ухудшения качества. Например, в качестве отощителей могут быть использованы молотые шлаки и золы, молотые отходы керамического производства (шамот), горелые породы, вскрышные породы. Для снижения плотности керамики в сырьевую массу вводят различные органические выгорающие добавки – отходы углеобогащения, опилки, молотую кору, торфяную крошку.

В исследуемой глине Краснореченского месторождения в качестве добавки к глинистому сырью рекомендована к использованию мелкодисперсная фракция зол из золоотвалов ТЭЦ-1 с размером частиц от 30 до 200 мкм. Эта фракция представляет собой остеклованные микросферы (ОМС), которые на 85–90 % состоят из аморфного стекла алюмосиликатного состава, и на 8–10 % – из кристаллических веществ (кварца, муллита, гематита). Остеклованные микросферы (ОМС) – это сыпучее вещество с низкой плотностью – 550–600 кг/м³, в то время как средняя плотность исходной золы – 960 кг/м³.

Фракция остеклованных микросфер может быть легко выделена из общей массы золошлака методом флотации или воздушной классификации, ее количественное содержание в общей массе золы составляет 35–40 %. Пористость остеклованных микросфер – более 70 %, поры в основном закрытые, округлой формы.

Сравнительный химический состав остеклованных микросфер и золошлаковых отходов представлен в табл. 1.

Таблица 1.

Химический состав золошлаков и ОМС ТЭЦ–1 г. Хабаровска

Из данных, приведенных в этой таблице видно, что фракция ОМС характеризуется повышенным содержанием SiO₂, а также значительным количеством Al₂O₃ – основных компонентов аморфного стекла, одновременно в ней наблюдается повышенное содержание железа, которое играет роль плавня при образовании стекловидного расплава.

В строительной лаборатории кафедры «Автомобильные дороги» проводились исследования влияния добавок древесных опилок, золы и ОМС на свойства керамического кирпича с целью оптимизации состава сырьевой шихты. Формование образцов осуществлялось методом пластического формования под давлением 25 МПа при влажности сырьевой шихты 22 %. Данный режим выбран с учетом традиционных способов формования строительного кирпича.

В результате испытания образцов установлено, что все три добавки, введенные в состав шихты в количестве до 30 %, снижают усадку керамики в процессе сушки и обжига, причем наиболее эффективно проявляется отощающее действие ОМС. Уменьшение усадочных свойств керамической массы снижает трещинообразование в процессе сушки и обжига кирпича и положительно сказывается на его качестве. Некоторое исключение в этом отношении составляют древесные опилки. Высокое содержание опилок в сырьевой шихте проявляется в этом плане отрицательно, что связано с их способностью к набуханию и последующей активной усадке.

Рисунок 1. Влияние добавки отходов на усадочные свойства керамики

Рисунок 2. Влияние добавки отходов на на плотность керамики

Все исследуемые добавки характеризуются высокой пористостью, кроме того, в процессе обжига органика полностью выгорает, что приводит к снижению плотности образцов керамики от 1800 кг/м³ до 1400–1500 кг/м³ (рис. 2). С повышением пористости происходит увеличение показателя водопоглощения образцов (рис. 3). Показатель водопоглощения косвенно характеризует способность керамики образовывать прочное сцепление со строительным раствором, и оптимальное значение этого показателя должно находиться в пределах 6…14 %. Дальнейшее увеличение водопоглощения отрицательно сказывается на морозостойкости материала.

Сравнение влияния на свойства керамики добавок золошлаковых отходов и ОМС позволяет отметить одну особенность – добавка ОМС проявляет свое влияние на показатель водопоглощения в меньшей степени, чем золошлаковые отходы. Это связано с преобладанием в ОМС закрытых пор, в которые вода не попадает. Отсюда следует еще один вывод – добавка ОМС повышает морозостойкость и долговечность изделий, улучшает их теплоизоляционные свойства. Важнейшей характеристикой строительного кирпича является его прочность, которая характеризуется показателем сопротивления сжатию.

Рисунок 3. Влияние добавки отходов на показатель водопоглощения

Рисунок 4. Влияние добавки отходов на прочность керамического кирпича

Исследования показали, что при введении золы или древесных опилок прочность кирпича снижается пропорционально количеству добавки. Особенно это проявляется при введении в сырьевую массу опилок, так как они образуют в керамике неоднородную по размерам и направленности систему пор (рис. 4).

Введение ОМС, напротив, способствует возрастанию прочностных характеристик. Это объясняется тем, что при обжиге в диапазоне 950–1000ºС из полиминеральных глин и остеклованных микросфер, наряду со стекловидным расплавом, образуются муллитоподобные и анаритоподобные кристаллические соединения, что обеспечивает создание прочного алюмосиликатного каркаса керамических материалов.

В результате проведенных испытаний установлено, что:

• ОМС является наиболее эффективной добавкой в составе шихты для получения качественных стеновых материалов;
• оптимальная дозировка ОМС составляет от 20 до 25 %;
• использование исследуемых составов шихт с добавкой ОМС позволит получить керамический кирпич с прочностью при сжатии от 15 до 20 МПа (марки 150–200) при средней плотности 1400 кг/м³ и водопоглощении 12 %.

Таким образом, внедрение в производство керамики добавок ОМС на базе золошлаковых отходов ТЭЦ-1 г. Хабаровска позволит интенсифицировать технологию производства кирпича и повысить его качество.

Список литературы:

1. ГОСТ 530-2012. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия.
2. Ярмолинская Н.И. Отходы теплоэнергетической промышленности и карбонатно-магнезиальное сырье Дальнего Востока в технологии строительных материалов / Н.И. Ярмолинская, Т.Л. Лазарева, П.С. Красовский. – Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2009. – 167 с.