С добавкой б) «Пеностром»

Rизг = 16,87 +

+0,58R₂O - 0,15R₂O ²

- 0,12RO - 0,25RO²

+ 0,3 R₂O RO

Оптимальное соотношение

RO/ R₂O составляет 0,3–0,5

С добавкой в)

«ГКЖ –11»

Rизг = 14,92 –

-0,58R₂O–0,44R₂O²– - 0,12 RO + 0,54RO² –

• 1,23 R₂O RO

Оптимальное соотношение

RO/ R₂O составляет 0,2–0,3

Рис. 5.2 - Диаграммы зависимости предела прочности при изгибе (МПа) керамических изделий от содержания плавней и вида ионогенной добавки

(максимальная температура обжига 1000 ˚С)

Без добавок а)

R_изг = 14,61 +

+0,41R₂O-0,58R₂O²

-0,02RO+ 0,03RO²

+ 0,04 R₂O RO

Оптимальное соотношение

RO/ R₂O составляет 0,2–0,5

С добавкой б)

«Пенестром»

R_изг = 13,72 +

+0,40R₂O - 0,93R₂O ²

- 0,48RO + 0,17RO²

+ 0,75 R₂O RO

Оптимальное соотношение

RO/ R₂O составляет 0,1–0,2

С добавкой в)

«ГКЖ-11»

R_изг = 17,76 -

- 1,03R₂O- 0,59R₂O ²

-0,01RO- 0,04RO²

+ 0,01R₂O RO

Оптимальное соотношение

RO/ R₂O составляет 0,2–0,4

Рис. 5.3 Диаграммы зависимости предела прочности при изгибе (МПа) керамических изделий от содержания плавней и вида ионогенной добавки (максимальная температура обжига 1050 ˚С)

5.2. Исследование влияния вида и массовой доли ионогенных пав на сорбционные свойства шихты и физико-механические характеристики керамических изделий

Проанализируем результаты исследований влияния вида и массовой доли химических добавок на физико-механические свойства сырца и обожженных изделий с учетом изменения сорбционных свойств шихты

Образцы – плиточки формовались из пресс-порошка Воронежского керамического завода, предназначенного для производства плиток внутренней облицовки. Давление прессования составляло 20 МПа. Обжиг проводился в лабораторной электропечи с выдержкой 20 мин при максимальной температуре 1040 ºС. Результаты испытаний представлены в табл. 5.5.

На основании полученных результатов установлено, что введение в формовочную шихту с водой затворения добавок ОП–8 или «Пеностром» приводит к максимальному увеличению эффективной удельной поверхности при массовой доле добавок, близкой к их ККМ. При этом отмечается повышение средней плотности и предела прочности при изгибе сырца и обожженных образцов. С повышением концентрации добавок наблюдается снижение эффективной удельной поверхности, средней плотности и предела прочности при изгибе как сырца, так и обожженных керамических образцов [69].

При использовании добавки С–3 увеличение эффективной удельной поверхности достигается при концентрации, близкой к ККМ раствора С–3. Однако наибольшее значение средней плотности и прочности сырца и соответственно, обожженных образцов достигнуты при массовой доле добавки С–3 = 0,4 %. Это обосновано снижением давления прессования при формовании вследствие достижения электролитического эффекта добавки [72].

Введение гидрофобизирующей добавки ГКЖ-11 приводит к увеличению плотности и предела прочности сырца при изгибе при массовой доле 0,2 % по сравнению с образцами без добавок [68, 69]. С дальнейшим повышением концентрации добавки отмечается снижение средней плотности и прочности сырца.

На основании проведенных исследований установлено, что применение добавки «Пеностром» или ГКЖ–11 обеспечивает максимальное повышение прочностных характеристик керамических образцов.

Установлено (см. рис. 5.4), что существенное влияние на прочностные свойства обожженных образцов оказывает не только вид ионогенной добавки, но и влажность формовочной шихты [68, 70, 73]. Поэтому при небольшом изменении формовочной влажности шихты получить стабильные физико-механические показатели готовых изделий практически невозможно, что отрицательно влияет на их качество. Тогда как введение добавки ГКЖ-11 обеспечивает получение высоких, постоянных прочностных характеристик независимо от изменения формовочной влажности шихты в пределах 2-3 %.

Это является немаловажным фактором в условиях производственного процесса, который н е всегда обеспечивает постоянную и равномерную влажность формовочной смеси.

На основании данных, представленных в табл. 5.5, установлено, что при введении ПАВ происходит повышение эффективной удельной поверхности и, следовательно, поверхностной энергии дисперсной системы, а это предполагает увеличение контакта между твердыми фазами глинистой составляющей и плавней. В результате при обжиге спекание будет происходить более интенсивно и при более низкой температуре.

Таблица 5.5

Сорбционные характеристики шихты и физико-механические свойства сырца

и обожженных образцов, отпрессованных при давлении 20 МПа

и формовочной влажности 6 и 8 %

Вид добавки	Массовая доля добавки, %	Эффективная удельная поверхность S·10-3, м2 /г*	Средняя плотность сырца, кг/м3**	Предел прочности при изгибе, МПа		Коэффициент вариации Rизг после обжига, %
				сырца	после обжига
Без добавки	0	172,2	2051 / 2113	0,42 / 0,61	14,5 / 16,5	9,8 / 5
Окончание табл. 5.5
Вид добавки	Массовая доля добавки, %	Эффективная удельная поверхность S·10-3, м2 /г*	Средняя плотность сырца, кг/м3**	Предел прочности при изгибе, МПа		Коэффициент вариации Rизг после обжига, %
				сырца	после обжига
ОП-8	0,2	243,9	2072 / 2126	0,64 / 0,82	15,2 / 16,9	6,7 / 5
ОП-8	0,4	196,6	2085 / 2130	0,58 / 0,72	16,1 / 17,2	5,7 / 5
«Пеностром»	0,1	295,3	2090 / 2156	0,50 / 0,70	15,9 / 17,8	5,3 / 3,7
«Пеностром»	0,2	196,9	2128 / 2185	0,60 / 0,68	16,5 / 18,2	3, 6 / 2,8
«Пеностром»	0,4	196,9	2112 / 2180	0,31 / 0,38	16,3 / 18,1	4,0 / 3,6
С-3	0,2	272,4	2079 / 2127	0,47 / 0,82	16,1 / 17,2	5,5 / 2,8
С-3	0,4	255	2115 / 2166	0,55 / 0,81	16,8 / 18,1	3,0 / 2,5
ГКЖ-11	0,1	209,1	2079 / 2150	0,56 / 0,57	17,2 / 17,5	3,3 / 4,7
ГКЖ-11	0,2	98,4	2095 / 2194	0,43 / 0,54	18,2 / 17,9	3,5 / 4,1
ГКЖ-11	0,3	98,4	2088 / 2160	0,42 / 0,50	17,3 / 17,1	2,3 / 2,6

Примечания:

* эффективная удельная поверхность – поверхность твердой фазы, покрытая монослоем адсорбированной воды:

** в числителе - при формовочной влажности 6 %,

в знаменателе – при 8 %.

Выводы

1. Установлено, что введение ионогенных ПАВ в многокомпонентную шихту с содержанием каолина более 50 % позволяет повысить прочность керамических изделий. Повышение прочности обеспечивается за счет увеличения адсорбционной способности глинистой составляющей при введении добавок.

2. Определены рациональные области формирования структуры керами-ческих изделий с заданной прочностью при изгибе в зависимости от вида ионогенного ПАВ и содержания плавней в шихте. Максимальное значение прочности при изгибе керамических образцов достигается в составах шихт с гидрофобизирующей добавкой ГКЖ–11 при соотношении щелочноземельного к щелочесодержащему плавню RO/R₂O = 0,3–0,6. Для шихт с ионогенной добавкой «Пеностром» повышение прочностных показателей образцов достигается в составах с соотношением плавней RO/R₂O = 0,1–0,4.

3. Показано, что использование различных видов ионогенных добавок ПАВ в многокомпонентной шихте при полусухом способе подготовки шихты неоднозначно влияет на свойства керамических изделий. Применение ионогенных ПАВ с массовой долей, соответствующей их ККМ, увеличивает сорбционные свойства глинистых минералов, обеспечивает улучшение формовочных свойств сырца и повышение прочности керамических изделий.

4. Введение ионогенной кремнийорганической добавки, гидрофобизирующей поверхность глинистых минералов, обеспечивает не только повышение прочности обожженных изделий (с 14,5 до 18,2 МПа), но и стабильность результатов по прочности (коэффициент изменчивости снижается с 6,7 % до 3,5 %) независимо от изменения влажности формовочной шихты (6–8 %) .

6. ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

КЕРАМИЧЕСКИХ ОБЛИЦОВОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИОНОГЕННЫХ ПАВ

6.1. Рекомендации для производства лицевого керамического кирпича

из каолинито-гидрослюдистого сырья Россошанского месторождения Воронежской области

Использование каолинито-гидрослюдистой глины Россошанского месторождения в смеси с молотым стеклобоем, мелом и добавкой метилсиликоната натрия позволяет повысить не только прочностные свойства, морозостойкость керамических изделий, но и качество этих изделий [78 – 80].

Характеристика исходных сырьевых материалов:

1. Каолинито-гидрослюдистая глина характеризуется:

- химическим составом, масс. % : SiO₂ - 59,20; Al₂O₃ - 22,70; Fe₂O₃ - 1,45; CaO – 0,85; MgO –0,41; TiO₂ – 1,40; K₂O – 0,58; Na₂O – 0,19 ; п.п.п – 10,41.

- гранулометрическим составом, масс. % : глинистая фракция (менее 0,005 мм) – 49,94; пылеватая фракция (0,005 - 0,05) – 36,76 и песчаная фракция (более 0,05) – 13,30.

2. Мел, содержит масс. %: СaCO₃ – 92,3; п.п.п. – 41,95.

3. Строительный стеклобой включает, масс. %: SiO₂ – 70,39; AI₂O₃ – 2,74; Fe₂O₃ – 1,06; CaO – 5,89; MgO – 14,15; K₂O – 0,86; TiO₂ – 0,60; SO₃ –0,33; п.п.п. – 0,15.