10.3 Результаты экспериментов

Опытные образцы размеров 5х5х5 готовили методом пластичного формования. Образцы готовили из заранее приготовленных и измельченных сырьевых материалов. Для изготовления образцов использовали 3 вида смеси - бездобавочную (лесс+вода), с добавкой цеолита (10-12%) и с добавкой синтетического волластонита (3,5 и 10%) [27].

Уже при приготовлении смеси можно было обнаружить изменения в структуре шихты. При взаимодействии сырьевой смеси с добавкой цеолита и водой образуется более пластичное тесто, чем при приготовлении шихты из лесса или лесса с добавкой волластонита. Это связано с тем, что тонко измельченные частицы цеолитсодержащей породы, из-за особенностей структуры, где имеется значительное количество воды, при увлажнении приобретают значительную пластичность за счет разбухания минералов клиноптилолита. Эта особенность улучшает формуемость массы, увеличивая контакты между пластичными и твердыми частицами [67].

Далее образцы отправлялись на сушку, сначала при комнатной температуре на 24 часа, а затем для полного удаления излишней влаги в сушильный шкаф при температуры 250⁰С.

После сушки образцы обжигали при температурах - 950-1050⁰ С в лабораторной электропечи с изотермической выдержкой 1-1,5 ч в данном интервале температур.

После обжига охлажденные образцы отправлялись на определение прочности на сжатие и рентгенофазовый анализ, для выяснения марки кирпича и минералогического состава обожженного кирпича [45].

Минералогический состав обожженных образцов с различным видом и содержанием добавок представлен на рис. 10.3.1

Рис. 10.3.1 -Минералогический состав обожженных образцов с различными видами добавок.

Как видно из рентгенограммы, добавки цеолита и волластонита влияют на минералогический состав кирпича. В образце с добавкой цеолита образуется повсеместно с минералом муллитом, кварцем и его модификациями минерал морденит, являющийся другой модификацией цеолита, который образовался при спекании из клиноптилолита. В образце с добавкой синтетического волластонита, наряду с муллитом образуется новый минерал мелилит, а также в образце присутствует сам волластонит [59,68].

Результаты опытных исследований образцов на сжатие показали зависимость количества вводимых добавок (или их отсутствие) на прочность керамического кирпича в интервале температур 950-1050⁰С (рис. 10.3.2).

Рис. 10.3.2 - Зависимость количества вводимых добавок и температуры обжига на прочность керамического кирпича.

На рис. 10.3.2 наглядно показано, что на прочность образцов влияет не только количество добавок, но и температура обжига кирпича. При температуре 950⁰ С большие прочностные характеристики показывает образца с добавкой цеолита, в отличие от образцов с добавкой волластонита и бездобавочным кирпичом, дающие марку 100, кирпич с добавкой цеолита дает марку 150. Различия происходят из-за того, что уже при температуре 950⁰С клиноптилолит переходит в другую модификацию - в минерал морденит и уже при данной температуре морденит учувствует в процессе обжига в качестве плавня, образуя жидкую фазу для дальнейшего образования муллита. Однако температуры 950⁰С мало для образцов с добавкой волластонита, потому что волластонит образует жидкую фазу только при 1050⁰С. Только при данной температуре прочность образцов повышается. Однако, при этой же температуре прочность образца с цеолитом падает, все из-за того, что при повышенных температурах образуется большое количество морденита, который из-за увеличения в объеме дает трещины в образце. При температуре 1050⁰С волластонит с сырьевой смесью образует жидкую фазу, и, благодаря своей игольчатой структуре, он проникает в каркас кристаллической решетки и затем при кристаллизации шихты прочно скрепляет иголки между собой, и в результате керамический черепок приобретает дополнительную прочность [58-68].