Современные тенденции развития стройиндустрии по критерию рационального природопользования требует научного подхода по дальнейшему обеспечению производства строительных материалов доступными сырьевыми ресурсами, снижению трудозатрат и энергоресурсов.
Керамический кирпич имеет значительные преимущества перед силикатным кирпичом и бетонными изделиями. Во-первых, они имеют лучшие теплопроводные свойства, чем бетон и силикатный кирпич, во-вторых, область применения керамического кирпича несколько шире из-за их водостойкости, а так же стойкости их к различным агрессивным средам. Кроме того, керамический кирпич считается самым экологически чистым продуктом за счет использования чистого глинистого природного сырья.
Вопрос ресурсосбережения в производстве строительной керамики должна решаться в комплексе рационального использования природных ресурсов, отходов промышленности и охраны окружающей среды.
Разнообразие вторичных сырьевых ресурсов – много тоннажных отходов промышленности Республики Казахстан, по химическому и минералогическому составу подчас не уступающих добываемому из недр земли сырью, а иногда по технологическим кондициям и превосходящих его требует высококвалифицированного подхода к эффективному использованию этих ресурсов в строительстве [1].
Применения этих техногенных продуктов и дешевых сырьевых ресурсов в производстве строительной керамики являются частью решения комплексного использования минерального сырья, проблемы сохранения и очистка от загрязнения окружающей среды. Для решения поставленной задачи требуется создание новых энерго и ресурсосберегающих технологий, позволяющие максимально использовать отходы промышленности и выпускать конкурентоспособные изделия в мировом рынке [1].
Поэтому цель наших исследований является разработка ресурсо- и энергосберегающей технологии производства керамического кирпича полусухого прессования на основе лессовидного суглинка содержащие механоактивированные композиционные добавки в системе доменный гранулированный шлак – уголь.
В качестве исследуемых сырьевых материалов были выбраны лессовидный суглинок Чаганского месторождения Западно-Казахстанской области как основное глинистое сырье, уголь Карагандинский в качестве как выгорающий добавок и металлургический гранулированный доменный шлак АО «Алселор Митал Темиртау» г. Темиртау [2–3].
Один из путей регулирования процессов фазообразования – использование рационально подобранной малокомпонентной шихты, состоящей из пластичного компонента (суглинок) и непластичного компонента (побочные продукты).
В основу анализа качества керамических изделий, оптимизация технологических процессов положена математическая модель, характеризующая поведение системы металлургического шлака – суглинка -температура обжига. Основными факторами варьирования являлись: количества металлургического шлака и угля Х2 = 15 %, количества суглинка Х1 = 85 %. Основная задача физического эксперимента – получение математической модели влияние побочных продуктов металлургического завода на технологические свойства стеновой керамики – прочность, плотность и водопоглащение. Для разработки шихты рационального состава использовался метод математического планирования эксперимента – полный факторный эксперимент.
Для исследований сырьевые материалы дозировали согласно матрице планирования эксперимента и подвергали механической активации в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 1500–2000 г/см2.
Отработка результатов экспериментов проводилась с использованием стандартной программы. В результате обработки экспериментальных данных определены коэффициенты уравнений регрессии, составлены уравнения для оценки основных критериев эффективности. В полученных уравнениях регрессии факторы приведены к безразмерному кодированному виду и каждый из них варьируется в одинаковых пределах от – 1,41 до + 1,41. Это позволяет оценить влияние каждого фактора на величину выходного параметра, а также определить значения факторов варьирования, при которых выходной параметр будет иметь оптимальные значения.
Из исследуемых составов сырьевых смесей формовались образцы цилиндра (5 см) методом полусухого прессования. Давление прессования 18 МПа. Обжиг производили в электрической муфельной печи с выдержкой при соответствующих температурах 1 час.
Максимальная температура обжига подбиралась в зависимости от состава шихты.
Для исследования выбрали наиболее важные эксплуатационные характеристики керамики формирующихся при термообработке, как огневая усадка, прочность при сжатии и изгибе, средняя плотность, водопоглащение. В таблице приведены физико-механические свойства керамических образцов термообработанных при температуре 950 °С.
Физико-механические свойства керамических образцов термообработанных при температуре 950 °С
|
Номер состава |
Средняя плотность, г/см3 |
Прочность, МПа |
Водопоглащение, % |
|
|
при сжатии |
при изгибе |
|||
|
1 |
1,852 |
11,94 |
1,84 |
14,6 |
|
2 |
1,874 |
21,22 |
3,02 |
12,8 |
|
3 |
1,636 |
23,68 |
3,57 |
11,4 |
|
4 |
1,614 |
16,35 |
2,72 |
12,5 |
|
5 |
1,524 |
14,28 |
2,34 |
10,3 |
|
6 |
1,451 |
13,56 |
2,17 |
11,8 |
|
7 |
1,457 |
13,1 |
2,63 |
11,4 |
По результатам исследования выявлены основные закономерности изменение физико-механических свойств, при различных соотношениях керамических композиции, до и после термообработки. До термической обработки установлены зависимости изменения коэффициента чувствительности к сушке, сырцовой прочности, воздушной усадки и средней плотности отформованных образцов. Кроме того исследованы влияния влажности и давления прессования на указанные свойства.
Разработанные составы стеновой керамики обладают высокими физико-механическими свойствами и относительно низкой температурой обжига.