|
Рассматриваются основные особенности разработки составов шихт на основе низкокачественного кирпичного глинистого сырья. Показано, что применение добавок каолинитовых глин позволяет улучшить технологические свойства шихт и повысить качество лицевого кирпича. Представлены результаты исследований различных видов глин и даны рекомендации.
Проблема увеличения объема выпуска и повышения качества стеновой керамики - одна из важнейших для промышленности строительных материалов. В условиях современного строительства из керамических стеновых материалов наиболее востребован лицевой кирпич. Однако дефицит высококачественного лицевого кирпича наблюдается во многих регионах России [1, 2].
Одним из основных направлений повышения эффективности производства и качества лицевого кирпича является подбор оптимального состава шихты. К настоящему времени накоплен богатый опыт применения различных корректирующих добавок для улучшения технологических свойств керамических масс и качества лицевого кирпича [3, 4]. Однако в отечественной и зарубежной литературе практически отсутствуют сведения о добавках каолинитовых глин, их влиянии на технологические свойства шихт и качество готовых изделий. В производстве лицевого кирпича часто имеет место использование некорректного состава шихты, в котором не учтены свойства исходного глинистого сырья. Недоработки в составе шихты сказываются впоследствии на качестве выпускаемой продукции. Вопрос, для каких кирпичных глин предпочтительнее использовать добавку каолинитовых глин и с какими свойствами, остается открытым.
Каолинитовыми называют глины, в которых основной составляющей глинистого вещества является минерал каолинит. В зависимости от свойств каолинитовых глин их применяют в различных областях промышленности. Наиболее ценными породами являются огнеупорные каолинитовые глины. Высокая огнеупорность определяет их основное назначение - производство огнеупорных материалов. Огнеупорные и тугоплавкие каолинитовые глины с низким содержанием оксидов железа применяют в производстве изделий тонкой керамики. Тугоплавкие и легкоплавкие каолинитовые глины, с повышенным содержанием красящих окислов (более 2-3 %) являются менее ценным сырьем и более пригодны для производства изделий грубой керамики.
В производстве лицевого кирпича каолинитовые глины применяют для получения изделий светлых тонов. При этом содержание каолинитовых глин в шихте может достигать до 50 %, что в случае использования привозного сырья существенно повышает себестоимость продукции. С другой стороны у каолинитовых глин существует более рациональное применение - в качестве добавки для улучшения сушильных свойств керамических масс и сокращения сроков сушки сырца [5].
На основании проведенных исследований глинистых пород из различных регионов России и стран СНГ для производства лицевого кирпича, нами установлено, что добавки каолинитовых глин целесообразнее использовать для высокочувствительного к сушке сырья - суглинков и низкодисперсных глин, которые относятся к наиболее распространенному кирпичному глинистому сырью и характеризуются следующими основными показателями и свойствами.
Содержание SiO2 в глинистом сырье составляет более 60-70 %, содержание Al2О3 - менее 10-15 %. Количество глинистых минералов в сырье не превышает 30-40 % с преобладанием монтмориллонита и гидрослюды. Содержание кристаллического кварца составляет более 40-50 %. По гранулометрическому составу глинистое сырье характеризуется как низкодисперсное и грубодисперсное. Содержание фракции < 0,001 мм не превышает 25-35 %. Данные глинистые породы как правило умеренно- и малопластичные, неспекающиеся, легкоплавкие.
При использовании суглинков и низкодисперсных глин с вышеуказанными характеристиками, без применения корректирующих добавок сложно получить лицевой кирпич высокого качества. При добавлении в шихту каолинитовой глины улучшаются сушильные свойства - увеличивается трещиностойкость, уменьшается чувствительность к сушке. Объясняется это тем, что чувствительность к сушке в большей степени зависит от содержания и соотношения в сырье глинистых минералов - каолинита, гидрослюды и монтмориллонита. Связанная вода глинистых минералов, характеризует размеры их удельной поверхности и основные свойства. Наибольшее количество связанной воды (10 - 20 %) характерно для монтмориллонита, наименьшее - для каолинита (1 - 6 %). Для гидрослюдистых минералов этот показатель составляет 7 - 12 %. Чувствительность к сушке и усадка глин пропорциональна количеству связанной воды. То есть, чем выше содержание каолинита, при прочих равных условиях, тем менее чувствительна глина или шихта к сушке.
Таким образом, добавка каолинитовой глины позволяет предотвратить образование трещин и интенсифицировать процесс сушки сырца. В случае использования малопластичного сырья добавка каолинитовой глины повышает также и пластические свойства шихты. В результате улучшается внешний вид и физико-технические характеристики готовых изделий - увеличивается прочность, морозостойкость и т.д.
При выборе добавки каолинитовой глины следует учитывать:
- чем выше содержание Al2O3 и каолинита в глине, тем, как правило, выше эффективность данной добавки. Однако применение глин с содержанием глинистых минералов более 60-70 % может создать проблемы в процессе сушки и обжига;
- использование каолинитовых глин с высоким содержанием водорастворимых солей может привести к образованию высолов и выцветов на поверхности кирпича после обжига или в процессе эксплуатации;
- при наличии в глине карбонатных включений необходимо обеспечить тонкое измельчение до фракции не более 0,7-0,8 мм;
- применение каолинитовых глин с высоким содержанием органики может привести к образованию черной сердцевины, а также вспучиванию изделий в процессе обжига.
Однако при разработке составов шихт нельзя делать обобщения на основании какого-либо одного показателя. Только сопоставление физико-химических и технологических свойств основного сырья и используемой добавки каолинитовой глины, формовочных, сушильных и обжиговых свойств составленных масс, физико-технических свойств изделий дает возможность разработать оптимальный состав шихты для производства лицевого кирпича с теми или иными свойствами.
Рассмотрим основные результаты проведенных исследований на примере кирпичных глин, соответствующих каждому из перечисленных видов - запесоченные суглинки, суглинки и низкодисперсные глины. В качестве добавок каолинитовых глин рассмотрим следующие разновидности сырья - низкодисперсные, среднедисперсные и высокодисперсные глины. В связи с тем, что публикуемые результаты исследований относятся к научно-технической продукции, названия месторождений глинистого сырья не указаны.
Основные физико-химические и технологические свойства сырья приведены в таблицах.
Запесоченные суглинки. Использование данного глинистого сырья без корректирующих добавок создаст существенные проблемы в процессе формования, сушки и обжига. Связано это с малым количеством глинистых минералов, высоким содержанием кристаллического кварца, низкой пластичностью и высокой чувствительностью сырья к сушке. Применение отощающих добавок только ухудшит технологические свойства таких глин. Для производства лицевого кирпича необходимо добавление в шихту пластификаторов. В качестве пластификатора может быть использована каолинитовая глина, которая кроме формовочных и обжиговых свойств улучшит и сушильные свойства шихты.
Для приведенного в качестве примера запесоченного суглинка необходимое содержание добавки низкодисперсной каолинитовой глины составляет не менее 30 %. При использовании среднедисперсной каолинитовой глины количество добавки уменьшается до 20-25 %, при добавлении в шихту высокодисперсной каолинитовой глины - до 12-15 %. Только в этом случае возможно получение пустотелого лицевого кирпича со следующими основными характиристиками: марка по прочности - М125-150, водопоглощение - не более 14 %, марка по морозостойкости - F35-50.
Следует отметить, что в исследованном сырье крупнозернистые включения в основном представлены высокоактивными карбонатами (см. табл. 4). Во избежание появления на кирпиче отколов от карбонатных включений рекомендовано измельчение глинистого сырья до фракции менее 0,7-0,8 мм на вальцах супертонкого помола. В связи с высоким содержанием водорастворимых солей в запесоченном суглинке и низкодисперсной каолинитовой глине необходимо добавление в шихту соединений бария для устранения солевого налета на кирпиче после обжига.
Суглинки, как правило, обладают необходимой пластичностью для производства лицевых изделий. Однако неудовлетворительные сушильные свойства сырья требуют введения в шихту корректирующих добавок.
Для исследованного сырья оптимальное содержание добавок каолинитовых глин в шихте составляет: при использовании низкодисперсной глины - 20-25 %, среднедисперсной глины - 15-18 %, высокодисперсной - 10-12 %. Установлено, что наиболее эффективно применение добавок низко- и среднедисперсной глин, нежели высокодисперсной. Причина этого заключается в том, что высокодисперсная каолинитовая глина содержит большое количество тонких фракций, в связи с чем, при добавлении ее в шихту формируется плотный брус, из которого удалить влагу сложнее. На основании результатов испытаний глинистое сырье рекомендовано для производства пустотелого лицевого кирпича со следующими основными показателями: марка по прочности - не менее М150, водопоглощение - 10-12 %, марка по морозостойкости - не менее F50. Из данного сырья при увеличении содержания добавок каолинитовых глин в шихте возможно производство полнотелого лицевого кирпича.
Для улучшения сушильных свойств низкодисперсных глин можно использовать различные отощающие добавки. В случае если применение отощителей не дает положительного эффекта рекомендуется добавка каолинитовых глин.
Для рассматриваемого сырья оптимальное содержание добавки низкодисперсной каолинитовой глины составляет 15-20 %, среднедисперсной - 12-15 %, высокодисперсной - 8-12 %. При использовании добавки высокодисперсной глины необходимо корректировать состав шихты отощителем для увеличения открытой пористости сырца. Проведенные исследования позволили установить, что при производстве пустотелого лицевого кирпича марка по прочности составит не менее М150, полнотелого лицевого кирпича - не менее М175. При этом водопоглощение изделий составит 8-11 %, марка по морозостойкости - F50-75.
Таким образом, приведенные результаты исследований показывают, что оптимальное содержание добавки каолинитовой глины в шихте зависит от свойств основного глинистого сырья и самой каолинитовой глины. Чем выше содержание каолинита в добавке, тем меньше ее необходимое количество. В случае применения низкокачественных каолинитовых глин с малым содержанием каолинита, количество добавки может достигать 30 - 35 %.
В заключение следует отметить, что добавление в шихту каолинитовой глины требует корректировки всех технологических параметров, начиная от подготовки сырья и заканчивая обжигом изделий. Поэтому в каждом конкретном случае необходимо провести полные лабораторно-технологические испытания. На основании результатов исследований разрабатывают технологический регламент производства лицевого кирпича, включающий составы шихт, параметры технологии, набор и качественный состав оборудования, предполагаемые свойства готовых изделий и т.д.
Комплексный подход к разработке составов шихт позволяет полностью использовать свойства глин для производства лицевого кирпича высокого качества.
Библиографический список:
1. Коляда С.В. Перспективы развития жилищного строительства и производства основных конструкционных строительных материалов на период до 2010 года // Строительные материалы. 2007. № 2. С.5 - 9.
2. Тарасевич Б.П. Развитие производства стеновой керамики в Татарстане // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. 2007. № 7. С.40 - 42.
3. Лундина М.Г. Добавки в шихту при производстве керамических стеновых материалов. - М.: ВНИИЭСМ, 1974. 96 с.
4. Альперович И.А. Производство лицевого глиняного кирпича. - М.: ВНИИЭСМ, 1978. 68 с.
5. Езерский В.А., Кролевецкий Д.В. Разработка составов шихт для производства лицевого керамического кирпича // Строительные материалы, оборудование, технологии ХХI века. 2007. № 8. С.16 - 18. |
Публикации 