Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силикатные материалы строительного назначения из нерудного сырья. Монография
.pdf
С целью улучшения свойств керамического материала в
№
п/
п
Природа
и содержание
добавки
Общая
усадка,
%
Плотность,
кг/м
3
Водо-
погло-
щение,
%
Прочность, МПа
при
сжатии
при
изгибе
1 - 2,7
1675
23,8
24,9
2,8
2
10 % цеолитсодержащей глины
3,3
1710
19,3
36,2
4,9
2
10 % тугоплавкой
глины
3,3
1775
19,8
41,8
8,2
3
15 % тугоплавкой
глины
2,7
1710
20,7
38,8
8,6
исследуемое сырье вводились различные технологические добавки:
цеолитсодержащая кремнистая порода Татарско-Шатрашанского
месторождения, тугоплавкая глина месторождения «Сухой Лог»,
цеолитсодержащая глина Кушкувайского проявления. Результаты
исследований показаны в табл. 3.8. Добавка цеолитсодержащей или
тугоплавкой глины повышает прочностные характеристики. Образцы
без коробления получены при введении в сырье 15 % тугоплавкой
глины. При этом они имеют достаточно высокие прочностные
характеристики (σ
= 38,8 МПа, σ
сж .
= 8,6 МПа). Водопоглощение
изг .
составляет 21,1 %, общая усадка – 2,7 %, плотность – 1710 кг/м3.
Таблица 3.8
Влияние минеральных добавок в известковистую глину
на физико-механические показатели образцов (СаО = 16,5 %)
Качественные образцы, без коробления и с удовлетворительными прочностными характеристиками, получаются и при добавке
15 % тугоплавкой глины в сырье с меньшим содержанием карбонатов.
Был получен кирпич стандартных размеров с пустотностью 11 %.
Изделия формовались (при давлении прессования 24 МПа) из
исходного глинистого сырья с различным содержанием карбоната
кальция и из шихт с технологическими добавками (тугоплавкой
глиной, кварцевым песком, шамотом).
Технологические параметры пресс-порошка: влажность – 9,613,0 %; грансостав: фр. 2,5-1,25 мм – ~50 %, фр. < 1,25 мм – ~50 %;
сыпучесть – 200-230 г/с; угол естественного откоса – 33-35о; насыпная
плотность – 1000-1130 кг/м
3
. Оптимальная глубина засыпки составила
71
120 мм, коэффициент сжатия – 1,8-1,9. Предел прочности кирпича-
№
пп
Шихта
ρ,
кг/м3
Водо-
поглощение
%
Усадка
общая
%
σ
сж.
,
МПа
σ
изг.
,
МПа
Марка
по мо-
розостой-
кости
Мар-
ка
кир-
пича
1
100 % глины
(СаСО
3
= 22,8 %)
1460 24,9
4,8
12,9
2,0
F35
125
2
100 % глины
(СаСО
3
= 19,4 %)
1540 21,2
4,8
16,1
2,4
F35
150
3
100 % глины
(СаСО
3
= 13,8 %)
1565 18,3
4,0
23,9
3,2
F35
200
4
90 % глины
(СаСО
3
= 24,5 %),
5 % тугоплавкой
глины, 5 % шамота
1460 23,2
2,8
13,4
1,9
F35
100
5
70 % глины
(СаСО
3
= 37,8 %),
15 % глины
(СаСО
3
= 5,8 %),
10 % тугопл.
глины, 5 % шамота (СаСО
3расч.
=
27,3 %)
1550 23,7
2,1
12,3
1,8
F25
100
6
90 % глины
(СаСО
3
= 33,4 %)
10 % кварцевого
песка
1505 21,0
2,4
22,5
1,7
F25
100
сырца равнялся 2,5-3,0 МПа. Режим обжига:
1) время подъема температуры до 1000С – 3 ч; от 100 до 680
0
С
– 11 ч; от 680 до 9500С – 6 ч (от 800 до 9500С – 2 ч), от 950 до 10500С –
2 ч;
2) при конечной температуре выдержка – 2 ч;
3) охлаждение до 50-600С – 24 ч.
По физико-механическим характеристикам и внешнему виду
все кирпичи удовлетворяют требованиям стандарта (табл. 3.9).
В зависимости от содержания в глинистом сырье СаСО
марка
3
кирпича по прочности варьируется от 100 до 200, цвет – от розового
Таблица 3.9
Физико-механические характеристики кирпича
из известковистых глин
72
до светло-желтого. Кирпичи с аналогичными свойствами можно полу-
чить из сырья и с более высоким содержанием СаСО
(более 40 %).
3
При этом в шихту требуется ввести глинистое сырье с минимальным
количеством карбоната кальция (общее содержание СаСО
в шихте
3
должно быть не более 28 %). Для получения качественных изделий
необходима более тщательная массоподготовка с обязательным
вылеживанием глины в буртах перед использованием ее в
производственном цикле и отработка динамики нагрева печи с учетом
того фактора, что диссоциация карбоната кальция происходит в
температурном интервале 650-7500С.
Добавка небольшого количества (~20 %) известковистой глины
в красножгущуюся глину придает кирпичу оригинальную окраску. На
светлокрасном фоне равномерно распределены белые точечные вкрапления размером до 2,5 мм. Физико-механические показатели таких изделий удовлетворяют требованиям нормативно-технической документации.
Технологический регламент производства светлоокрашенного
керамического кирпича из известковистых глин принципиально не
отличается от регламента, приведенного для получения изделий из
полиминеральных глин. Набор оборудования не изменяется, лишь
параметры технологического процесса имеют другие значения.
Производство светлоокрашенного кирпича позволит разнообразить цветовой облик фасадов строящихся зданий. Кроме того,
добавляя в светложгущееся глинистое сырье различные пигменты,
можно получить изделия самой разнообразной окраски.
При производстве кирпича в качестве основного сырья и
технологической добавки может использоваться сапропель. У образцов полусухого прессования в отличие от образцов пластического
формования выцветы на поверхности отсутствуют. Из пресс-порошка,
приготовленного из сапропеля (влажность – 10,6 %; грансостав: фр.
2,5-1,25 мм – 45-50 %, фр. < 1,25 мм – 50-55 %; насыпная плотность –
1010 кг/м3; сыпучесть – 210 г/с; угол естественного откоса – 350),
получен пустотный керамический кирпич (количество пустот – 18 шт.,
пустотность – 11 %) со следующими характеристиками: плотность –
1630 кг/м3; предел прочности при изгибе – 1,9 МПа; предел прочности
при сжатии – 7,5 МПа; водопоглощение – 16,6 %; марка по морозостойкости – F15; общая усадка – 1,8 %. Следует отметить несколько
меньшую (на 17 %) плотность по сравнению с кирпичом из исходной
красножгущейся глины (например, разновидности 4а).
73
Таким образом, за счет использования местных нетрадиционных видов сырья (известковистых глин и сапропелей) может быть расширена минерально-сырьевая база производства керамических стеновых материалов. Для получения кирпича с высокими эксплуатационными свойствами (марка по прочности – 100-200, по морозостойкости
– F25 и выше) необходимы тщательная массоподготовка с обязательным вылеживанием известковистых глин в буртах перед использованием ее в производственном цикле и изотермическая пауза при обжиге
изделий в температурном интервале 650-7500С. Кроме того, требуется
определенная выдержка (дополнительно 2 ч при 5000С) при обжиге
для полного сгорания органических веществ.
Изделия из данных видов сырья имеют лучшие теплоизоляционные свойства, чем изделия из полиминеральных глин.
3.4. Светлоокрашенная облицовочная плитка из известковистых
глин и цеолитсодержащих кремнистых пород
Производство светлоокрашенных плиток из известковистых
глин и цеолитсодержащих кремнистых пород является экономически
выгодным. Расширяется сырьевая база, значительно снижается толщина наносимого на светлую подложку глазурного слоя без ущерба
потери цветности. Кроме того, в таких породах в значительных
количествах присутствуют оксиды кремния и кальция, в результате
взаимодействия которых при обжиге может образоваться волластонит,
который оказывает положительное действие на свойства керамики.
Получение высококачественных изделий достижимо при соот-
ношении каолинит : гидрослюда+монтмориллонит, равном 3,5 : 6,5. В
известковистых глинах это соотношение отличается от приведенных
выше значений, ввиду этого в них целесообразна добавка каолинитовых пластичных глин, присутствие которых повысит содержание в
шихте Al2O3 до соотношения с RO, близким 1. Гидрослюда и монтмориллонит (а также смешанослойные минералы), преобладающие в составе масс, определяют их повышенные воздушную и общую усадку,
прочность при сжатии и изгибе после сушки и обжига, минимальное
водопоглощение. С увеличением содержания каолинита водопоглощение увеличивается, прочность снижается, поскольку формируется
высокопористая структура с порами размером 0,09-0,9 мкм.
Присутствие карбоната кальция в составе глинистого сырья не
может не повлиять на свойства керамики и ее фазовый состав. Поло-
74
жительный эффект его присутствия – уменьшение усадки и светлый
цвет керамики. Однако имеется и отрицательное последствие: повышение водопоглощения до 20 и более процентов. Тем не менее, имеются примеры направленного введения добавок карбонатных пород в
керамические массы, используемые для производства облицовочной
плитки /15/. Использование известковистых глин делает возможным
применение энергосберегающей технологии производства керамических изделий, поскольку не требует обжига при температуре выше
10500С.
Оптимальные свойства высококальциевой строительной кера-
мики могут быть получены при 10000С при соотношении оксидов в
шихте RО/R2О – 5-6. Плиточные массы должны содержать сумму оксидов R2O+RO+R2O3 в пределах 8-15 % при соотношении RO: R2O3,
равном 0,5-1,5 /16/. Для выполнения этих условий иногда в состав массы дополнительно вводят CaO и MgO в виде магнезита, доломита,
талька, мела и др. При этом происходит изменение строения жидкой
фазы, снижается ее вязкость, что интенсифицирует спекание и улучшает свойства обожженных изделий. Введение добавки позволяет проводить обжиг плиток при температуре не выше 11000С. Разработана
технологическая линия для производства дисперсных осветляющих
добавок из карбонатных пород. При добавлении более 20 % их
дисперсность должна характеризоваться остатком на сите 0063 не
более 1 %.
Карбонатные примеси при обжиге разлагаются с выделением
СО2. Оксид кальция взаимодействует с компонентами глины, образуя
легкоплавкие стекла. Снижается температурный интервал спекания
глины, что ухудшает условия обжига и может привести к деформации
изделий. Для получения долговечного (качественного) керамического
материала на основе карбонатсодержащего сырья, содержание несвязанного оксида кальция в обожженной керамике не должно превышать
2-2,5 % по массе.
При введении до 10 % плавней в виде нефелина или стеклобоя
при температуре обжига 1050-1070
0
С изделия формируются в
процессе жидкофазового спекания.
Известковистые глины Максимковского месторождения содержат от 20 до 40 % CaCO3 и требуют только незначительной подшихтовки для доведения его количества до оптимального уровня –
28±3 %.
75
Влияние технологических факторов на свойства
керамических материалов
С учетом опыта формования красножгущихся плиток из
традиционных полиминеральных глин лабораторные образцы
прессовались полусухим способом при давлении 20-25 МПа.
Обжиг керамических образцов проводился в скоростном режиме: подъем температуры до 30
ратуры от 300 до 500
0
С – 7 мин., от 500 до 7000С – 14 мин., от 700 до
0
С (сушка) – 20 мин., подъем темпе-
10500С – 34 мин., выдержка при конечной температуре – 15 мин.,
охлаждение вместе с печью. Плитки имеют белый с желтоватым
оттенком или желтовато-белый цвет. Они обладают высоким водопоглощением (23,4-35,4 %) и весьма низкой прочностью при изгибе
(менее 15 МПа). Последний факт в значительной мере связан с
наличием у образцов обжиговых трещин.
Как правило, меньшую прочность и повышенное водопоглощение имеют плитки, изготовленные из материала проб с высоким содержанием кальцита (более 35 %). Из сырья с меньшим количеством
CaCO3 (28,0 %) получены плитки с прочностью при изгибе более
15 МПа и водопоглощением менее 24 % (требования ГОСТ 6141-91).
У большинства плиток наблюдается легкое коробление. Для
получения изделий с удовлетворительным внешним видом
необходимо подбирать оптимальный состав керамической шихты.
Лучшие характеристики имеют образцы, отформованные из
пресс-порошка с влажностью ~12,5 %. Дальнейшее ее повышение приводит в основном к ухудшению физико-механических показателей
плиток, да и прессование изделий затруднено вследствие плохой сыпучести переувлажненного порошка. Низкая влажность (7-8 %) пресспорошка приводит к получению образцов с очень малой прочностью,
не подлежащей определению. Повышенное значение влажности для
пресс-порошка из известковистых глин с высоким содержанием кальцита объясняется органогенным происхождением последнего. В этом
случае требуется вводить в глинистое сырье несколько большее
количество воды для получения оптимальной влажности.
Образцы, отпрессованные из сырья с содержанием оксида
кальция 18,7 % при влажности пресс-порошка 12,6 %, удовлетворяют
по своим физико-механическим требованиям ГОСТа к облицовочной
плитке для внутренних работ (водопоглощение – не более 16 %,
прочность при изгибе – не менее 15 МПа).
76
Физико-механические характеристики образцов, отформованных из глиномассы (состояла из смеси двух проб с содержанием оксида кальция 18,7 и 25,2 %) с расчетным содержанием оксида кальция
22 %, имеют промежуточные значения между характеристиками для
этих проб (σ
= 15,9 МПа, водопоглощение – 18,2 %). Следовательно,
из
из различных разностей известковистых глин путем дозированного
смешивания можно получать материал с заданным содержанием карбоната и корректирующих добавок, образующий при обжиге светлую
керамику с удовлетворительными физико-механическими свойствами.
Улучшить свойства керамики можно с помощью введения в
керамическую массу корректирующих добавок, например, стеклобоя.
Бутылочное стекло не оказывает существенного влияния на цвет
обожженного материала. Добавка стеклоотходов Васильевского завода
изменяет цвет керамики. При содержании 10-15 % стеклоотходов
керамика приобретает светло-коричневый цвет, при 5 % – желтосерый цвет с темными точечными включениями. Прочность при изгибе образцов с добавками стеклобоя возрастает в 1,2-2,2 раза. Причем в
большей степени влияет на изменение прочности добавка стеклоотходов Васильевского завода в количестве 10-15 %. Водопоглощение
плиток с добавкой боя бутылочного стекла составляет 12,7-15,0 %.
Стеклоотходы снижают водопоглощение керамического материала с
14,9 до 0,8 %.
Повышение прочности происходит за счет образования в
процессе обжига волластонита СаО·SiO2 и геленита-мелелита
Ca2(Al, Mg, Si)Si2O7. Кроме того, оксиды CaO, MgO, Na2O, входящие в
стекло, частично взаимодействуют с кремнеземом глинистых минералов известковистой глины, образуя легкоплавкую стекловидную фазу,
которая заполняет поры керамического каркаса, делая его более
прочным.
Наличие в известковистых глинах небольшого количества
свободного SiO2 (не более 1 %) с размером частиц 0,05-1,0 мм также
способствует повышению прочности за счет того, что мелкие частицы
равномерно распределяются по объему глиномассы, и она становится
более гомогенизированной системой.
Достаточно эффективной добавкой является нефелин, предварительно обогащенный на магнитном сепараторе, с размерами частиц
~70 мкм. Физико-механические характеристики плиток, отпрессованных из пробы с содержанием 13,7 % СаО, приведены в табл. 3.10. При
добавке нефелина в количестве 17-20 % полученная керамика по физи-
77
Таблица 3.10
№
п/п
Добавка
σ
изг.
,
МПа
Водо-
погло-
щение,
%
Усад-
ка, %
Влажность,
%
Внешний вид
1 - 25,0
20,6
2,5
11,3
Коробление
2
10 %
нефелина
22,2
20,2
3,0
10,6
Незначительное коробление
3
10 %
нефелина,
1 % NaCl
(св. 100 %)
15,7
22,1
1,5
10,8
Слабое
коробление
4
17 %
нефелина
16,6
19,2
2,2
11,7
Практически
без коробления
5
20 %
нефелина
15,1
20,3
1,5
10,9
Коробления
нет
6
40 %
нефелина
Об.хрупкие
21,3
0,8
10,8
Коробления
нет
7
1 % NaCl
(св. 100 %)
24,1
20,9
2,2
11,3
Незначительное коробление
Физико-механические характеристики лабораторных образцов плиток
ко-механическим свойствам отвечает требованиям стандарта. В целях
устранения явления коробления плиток в сырьевую смесь с 19,5 %
содержанием оксида кальция вводился NaCl (0,5 %, 1,0 %, 2,0 %). Присутствие 0,5 % NaCl снижает интенсивность деформации. При добавлении 1,0 % получены плитки недеформированные или со следами
коробления, а их физико-механические характеристики практически
не изменяются.
Солевых выцветов на поверхности плиток не наблюдается. Добавка 2 % NaCl устраняет коробление плиток, но при этом снижается
прочность при изгибе и повышается водопоглощение керамики (не
соответствует требуемым значениям), а на поверхности плиток образуется белый налет. Следовательно, оптимальная добавка NaCl – 1 %.
Аналогичное влияние на коробление плиток оказывает добавка NaCl и
в сырье с меньшим содержанием СаО. 1 % хлористого натрия способствует получению плиток с очень незначительным короблением,
78
которые по внешнему виду соответствуют требованиям стандарта.
Анализ соотношения двух переменных нормально распределенных
величин (содержание кальцита в исходной породе и водопоглощение
полученной из нее керамики при 10500С) показал существование
между ними тесной статистической связи. Керамике, полученной из
наиболее распространенных разностей известковистых глин, свойственно повышенное водопоглощение, что вызвано поризацией структуры материала в связи с диссоциацией кальцита, но при этом
образование новых RO-содержащих кристаллических фаз идет с
меньшими усадочными явлениями, чем при формировании муллита и
кристобалита в обедненных RO системах.
На водопоглощение керамики, полученной из кальцийсодержащих легкоплавких глинистых пород, оказывает влияние и соотношение Al2O3:RO, где RO – сумма CaO+MgO+FeO. Данная зависимость
имеет перегиб в точке, в которой это соотношение близко к 1. В
области составов, где соотношение Al2O3:RO больше 1, с повышением
содержания глинозема водопоглощение снижается незначительно
(RO-оксиды при этом действуют как плавень, и большая часть их
входит в состав алюмосиликатных эвтектик). С уменьшением соотношения до 1 и ниже водопоглощение резко возрастает. При обжиге происходят структурные превращения, связанные с перераспределением
фаз. Избыток RO выделяется в самостоятельную кристаллическую
фазу (алюмосиликаты кальция). Объем материала при этом практически не уменьшается, а структура его разрыхляется за счет газовой
фазы. Соответственно, значительно повышается пористость плиток, их
водопоглощение.
Известковистые глины могут эффективно использоваться для
производства качественной, относительно малоусадочной керамики.
Для создания оптимальных сырьевых масс целесообразно использовать в соответствующих пропорциях три основных материала:
1) известковистую глину (содержание гипса должно быть не
более 2 %);
2) тугоплавкую пластичную глину (для коррекции содержания
Al2O3 и CaCO3);
3) неизвестковистую глину (для коррекции содержания
CaCO3).
В качестве корректирующих добавок также применяются в
небольших количествах плавни, например, нефелин или стеклобой
(для контроля содержания R2O).
79
Светлоокрашенные крупноразмерные плитки по своим физико-
№
п/п
Шихта
Водопогло-
щение,
%
σ
изг.
,
МПа
Общая
усадка,
%
1
Известковистовая глина (CaO =
13,7 %) – 82 %, нефелиновый
концентрат – 18 %
19,7
16,2
2,4
2
Известковистовая глина (CaO =
18,7 %) – 90 %, стеклобой – 10 %
14,0
21,9
3,4
3
Известковистовая глина (CaO =
24,5 %) – 70 %, тугоплавкая глина –
20 %, шамот – 5 %, кварцевый
песок – 5 %
21,7
15,4
2,5
4
Известковистовая глина (смесь
двух проб, CaO = 14,0 %) – 80 %,
стеклобой – 15 %, шамот – 5 %
17,6
17,8
3,9
5
Известковистовая глина (CaO =
13,8 %) – 85 %, кварцевый песок –
10 %, шамот – 5 %
13,8
22,9
4,0
механическим свойствам (прочность равна 15,4-22,0 МПа, водопоглощение – 13,8-21,7 %) и по внешнему виду удовлетворяют
требованиям ГОСТ 6141-91 (табл. 3.11).
Таблица 3.11
Физико-механические характеристики крупноразмерных плиток
Применение различных добавок позволяет получать образцы с
требуемыми параметрами из глинистого сырья с содержанием
карбонатов в интервале 20-40 %. Следует отметить, что единичные
образцы все-таки имеют незначительное коробление. Поэтому обжиг
рекомендуется проводить в печи с температурным градиентом по
сечению обжигового канала не более 10
Большинство глазурей, применяемых на промышленных предприятиях для глазурования плиток, изготовленных из неизвестковистого сырья, нельзя без корректировки использовать для покрытия
изделий, изготовленных из известковистых глин. Для этого следует
подбирать глазури, состав которых исключает развитие процессов их
химического взаимодействия с керамической основой и позволяет
получать ровное и блестящее покрытие.
80
0
С.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]