аспирант Довженко И.Г.,

к.т.н. Тамазов М.В., к.т.н. Кондюрин А.М., ассистент Тамазова Н.А.

Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт), Россия

Применение искусственного плавня для производства кирпича пластического формования на основе комбинации кремнистого и глинистого сырья

К современным строительным материалам предъявляются повышенные требования по прочностным и теплоизоляционным свойствам. В публикациях [1, 2] рассмотрены технологические решения по эффективному использованию кремнистых пород (опоки) при производстве кирпича полусухим способом формования. Отмечается, что применение опоковидной породы будет способствовать расширению сырьевой базы грубозернистой керамики и позволит значительно улучшить теплотехнические свойства обожженных изделий без снижения прочностных показателей. Однако на практике получение кирпича с высокой морозостойкостью существенно затрудняется в связи с высоким водопоглощением обожженных изделий и применением полусухой технологии, не обеспечивающей необходимую подготовку массы. Применение пластического способа формования осложняется вследствие низкой пластичности и связующей способности опок.

Цель работы – оценка возможности получения лицевого кирпича пластического формования из шихт на основе комбинации кремнистого и глинистого сырья с применением искусственного плавня из шлаков черной и цветной металлургии.

При проектировании шихтовых составов учитывались технологические трудности, возникающие при использовании кремнистых пород. С целью их устранения в массы вводилась шихта из тугоплавких монтмориллонито-каолинитовых глин Владимировского месторождения ВКС-4 с четко нерегламентируемым содержанием оксида железа (III), что обусловливает ее сравнительно низкую стоимость. Получаемый путем совместного помола и смешивания шлаков сталеплавильного и алюминиевого производства искусственный плавень (ШП), способствует при обжиге интенсификации процесса спекания и фазообразования черепка за счет содержащихся в его составе легкоплавких соединений – фторидов и хлоридов щелочных и щелочноземельных металлов.

При проведении экспериментов в качестве пластичных компонентов применялись кремнистая порода - опока Каменоломненского месторождения, и глинистое сырье - шихта ВКС-4, химический состав которых приведен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав кремнистого и глинистого сырья

Компонент	Содержание, % по массе
	SiO2	Fe2O3	Al2O3	TiO2	ΣRO	ΣR2O	ППП
Опока	74,80	3,86	9,15	-	1,66	3,37	7,16
Шихта ВКС-4	59,50	1,00-5,00	22,00-26,00	1,08	0,93	2,87	8,62

В качестве искусственного плавня применялся разработанный состав ШП-2 [3], включающий, масс. %: SiO₂=35,26; Fe₂O₃=3,66; Al₂O₃=7,08; TiO₂=0,78; CaO=30,50; MgO=7,49; (NaCl+KCl)=7,90; CaF₂=7,26.

Для обеспечения хороших формовочных свойств оптимальное содержание плавня ШП-2 в массах было принято равным 15 масс. %. Составы шихт приведены в табл. 2.

Таблица 2

Составы шихт

№ состава	Содержание компонента, масс. %
	Опока	ВКС-4	ШП-2
КВ-1	70	15	15
КВ-2	60	25	15
КВ-3	50	35	15
КВ-4	40	45	15

Образцы изготавливались по пластическому способу. ШП-2 вводился в массы в виде порошка. Формование производилось при влажности W_ф=23 %. Сушка образцов осуществлялась в сушильном шкафу при температуре 100±5 ⁰С, обжиг - при максимальной температуре 1000 ⁰С с изотермической выдержкой в течение 1 часа. Физико-механические свойства обожженных образцов приведены в табл. 3.

Таблица 3

Свойства обожженных образцов

№ состава	Значения показателей
	Предел прочности на сжатие, МПа	Средняя плотность, кг/м^3	Водопоглощение, %	Морозостойкость, цикл	Огневая усадка, %
КВ-1	26,7	1426	17,1	45	1,6
КВ-2	31,8	1463	14,8	51	2,0
КВ-3	34,4	1490	13,3	56	2,3
КВ-4	34,8	1522	13,0	54	2,2

Проанализировав данные табл. 3 можно отметить, что по мере повышения содержания шихты ВКС-4 происходит увеличение предела прочности на сжатие и средней плотности образцов с R_сж=26,7 МПа и ρ_ср=1426 кг/м³ для состава КВ-1 до R_сж=34,8 МПа и ρ_ср=1522 кг/м³ для состава КВ-4. Такая же тенденция наблюдается и относительно огневой усадки, которая находится в диапазоне 1,6-2,3 %. Водопоглощение образцов КВ-3 и КВ-4 соответствует требованиям ГОСТ 530-2007, предъявляемым к лицевым изделиям [4]. Увеличение показателей средней плотности и огневой усадки свидетельствует об интенсификации спекания черепка. Низкие значения средней плотности (ρ_ср=1426 - 1522 кг/м³) позволяют получать изделия, обладающие пониженной теплопроводностью.

Электронно-микроскопические исследования выполнялись на сканирующем электронном микроскопе Quanta-200 ЦКП «Нанотехнологии ЮРГТУ (НПИ)». Микроструктура образца оптимального состава КВ-3 приведена на рис. 1. На снимке наблюдается повышенное содержание стеклофазы, в которой частично растворены полевошпатовые включения. Помимо этого на снимке идентифицируется волластонит в виде продолговатых зерен игольчатой формы.

Рис. 1. Микроструктура образца КВ-3 при увеличении 1000х.

Таким образом, из результатов исследования видно, что по полученным значениям физико-механических показателей образцов для производства кирпича способом пластического формования оптимальным является состав КВ-3, включающий: опока – 50 %, шихта ВКС-4 - 35 % и ШП-2 - 15 %. Высокая механическая прочность и морозостойкость образцов КВ-3 может быть объяснена образованием повышенного количества стеклофазы и кристаллизацией волластонита, выполняющего микроармирование черепка.

Литература:

1. Котляр В.Д., Талпа Б.В. Опоки – перспективное сырьё для стеновой керамики // Строительные материалы. 2007. №2. С. 31-33.

2. Бондарюк А.Г., Котляр В.Д. Фазовые преобразования при обжиге опок с карбонатными добавками при производстве стеновой керамики // Строительные материалы. 2009. №4. С. 24-26.

3. Довженко И.Г., Кондюрин А.М., Тамазов М.В., Верещака В.В., Тамазова Н.А. Искусственный плавень на основе техногенного сырья // Новини на научния прогресс – 2011: материали за 7-а Международна научна практична конференция, 17-25 август 2011 г. София: «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2011. С. 54-58.

4. ГОСТ 530-2007. Кирпич и камень керамические. Общие технические условия.