Анализ рынка строительных материалов позволяет заключить, что наибольший спрос существует в настоящее время на теплоизоляционные материалы, причем следует ожидать стабильного роста именно этого сектора промышленности строительных материалов. Действительно, например, объем выпуска теплоизоляционных материалов на 1000 жителей составляет в Швеции 600 м3, США 500 м3, в Финляндии 420 м3, в России 90 м3, в то время как в Казахстане аналогичные материалы не производятся [1].
Поэтому, большое значение имеет разработка технологии новых композиционных материалов на основе неорганических силикатных материалов и сырья, обладающие легкостью, негорючестью, экономичностью, экологичностью, долговечностью, технологичностью с улучшенными теплоизоляционными свойствами [2-3].
Целью нашего исследования является разработка компонентного состава керамической композиции для получения теплоизоляционно – конструкционного стенового материала. В качестве основного сырьевого материала использовали лессовидный суглинок Чаганского месторождения Западно-Казахстанской области. В качестве пористого наполнителя использовали дробленый керамзит, производимый ТОО «Стройкомбинат» г. Уральска. Химический состав лессовидного суглинка Чаганского месторождения приведен в таблице 1.
Таблица 1
Химический состав лессовидного суглинка
|
Наименование сырья |
Содержание оксидов, мас.% |
|||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
CaO |
MgO |
Fe2O3 |
SO3 |
Na2O |
п.п.п |
|
|
Лессовидный суглинок Чаганского месторождения |
51,27 |
12,13 |
11,97 |
2,09 |
4,88 |
2,43 |
3,56 |
11,67 |
Керамзит ТОО «Стройкомбинат» имеет среднюю плотность 400 – 450 кг/м3, и в основном используется для производства легких бетонов и как насыпная теплоизоляция при строительстве зданий и сооружений. Для проведения научно – экспериментальных работ, лессовидный суглинок сушили в сушильном шкафу ШСП-0,5-70 при температуре 80 – 900С до остаточной влажности 3 – 5%. Затем высушенный лессовидный суглинок загрузили в лабораторную шаровую мельницу марки МШЛ – 1П и производили помол до удельной поверхности 1200 – 1500 см2/г. Для подготовки пористого наполнителя керамзит насыпной плотности 400 кг/м3, подвергали дроблению в лабораторной мельнице МШЛ – 100х250, до образования фракций 1 – 10 мм. Приготовленные сырьевые материалы взвешивались на электронных весах, затем составлялась двухкомпонентная сырьевая композиция лессовидный суглинок – пористый наполнитель в следующих предельных концентрациях составляющих компонентов, (мас. %): лессовидный суглинок 40 – 70, пористый наполнитель 30 – 60. Конкретные компонентные составы керамической композиции приведены в таблице 2. Из исследуемых составов формовались образцы цилиндры (50х50мм), методом полусухого прессования. Формовочная влажность составляла 8 – 10% от массы сухих компонентов. Образцы – цилиндры формовались под прессом ПГМ-500 МГ4 при давлении 15 МПа. Отформованные образцы обжигались без предварительной сушки в электрической печи СНОЛ 80/12 по специально разработанному режиму.
Таблица 2
Компонентные составы керамической композиции
|
№ составов |
Компоненты, мас. % |
|
|
Лессовидный суглинок |
Пористый наполнитель |
|
|
1 |
70 |
30 |
|
2 |
60 |
40 |
|
3 |
50 |
50 |
|
4 |
40 |
60 |
|
5 |
30 |
70 |
Максимальная температура обжига составляла 9500С -10000С. При максимальной температуре обжига образцы выдерживались в течении 1 часа. Образцы охлаждались в отключенной печи. Обожженные образцы после охлаждения подвергались испытанию с целью определения физико-механических свойств. Результаты испытаний приведены в таблице 3.
Таблица 3
Физико-механические свойства исследуемых образцов
|
№ составов |
Коэффициент чувствительности к сушке по экспресс – методу Чижского, сек |
Температура обжига, 0С |
Средняя плотность г/см3 |
Прочность при сжатии, МПа |
Тепловодность Вт/м.К |
Водопогла-щение, % |
|
1 |
95 |
950 |
1,51 |
14,5 |
0,53 |
20,6 |
|
2 |
112 |
1,36 |
12,7 |
0,36 |
23,2 |
|
|
3 |
118 |
1,25 |
11,2 |
0,25 |
27,7 |
|
|
4 |
123 |
1000 |
1,15 |
8,6 |
0,15 |
28,1 |
|
5 |
130 |
1,08 |
7,8 |
0,12 |
29,2 |
Как показывают результаты экспериментальных исследований, с увеличением содержания пористого наполнителя за счет уменьшения лессовидного суглинка наблюдается снижение средней плотности от 1,51 до 1,08 г/см3 и коэффициента теплопроводности от 0,53 до 0,12 Вт/м.К. При этом прочность при сжатии образцов находиться в пределах 7,8 - 14,5 МПа. Несмотря на значительное снижение средней плотности по прочностным показателям термообработанные образцы сохраняют требования ГОСТ 530-95 «Кирпич и камни керамические». Анализ теплопроводных свойств наглядно показывает что, исследуемый состав №4 и 5 согласно классификациям теплоизоляционных материалов соответствует классу В (0,1 - 0,175Вт/мК). Судя по изменениям физико-механических свойств исследуемых образцов, пористый наполнитель активно участвует в твердофазовом спекании, а также в присутствии жидкой фазы образующихся за счет появления легкоплавких эфтевтик в керамической композиции лессовидный суглинок – дробленый керамзит. Этот процесс происходит за счет взаимодействия прочных кристаллических фаз, уже присутствующие в структуре дробленого керамзита и образующихся стекло – и кристаллических фаз при совместном спекании с лессовидным суглинком.
Таким образом, установлена принципиальная возможность получения теплоизоляционно - конструкционного керамического материала на основе композиции лессовидный суглинок – дробленый керамзит.