Производство керамического кирпича на основе глины садового месторождения
Павлова Ирина Аркадьевна,
кандидат технических наук, доцент,
Кушкина Екатерина Владимировна,
магистрант,
Закиров Даниил Раисович,
бакалавр.
Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина.
Кирпичные глины распространены повсеместно. Сложность получения кирпича из глин заключается в уникальных свойствах каждой конкретной глины. В связи с этим для разработки проекта по производству строительных стеновых керамических материалов необходимо, прежде всего, определить свойства глинистого сырья и разработать технологию производства. В данной работе исследованы свойства глинистого сырья Садового месторождения. Определена пригодность его применения в производстве керамического кирпича. Разработана технология производства лицевого кирпича методом пластического формования.
Химический состав глины приведен в табл. 1.
| Http://vashkirpich.ru Поставщик предлагает - шамотный кирпич и другие стройматериалы здесь http://vashkirpich.ru. vashkirpich.ru |
Таблица 1.
Химический состав глин.
|
Вид |
Содержание, мас. % |
||||||||||
|
SiO2 |
Al2O3 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
TiO2 |
K2O |
Na2O |
MnO |
Δmпрк |
∑ |
|
|
Прок. |
68,82 |
17,38 |
6,57 |
0,39 |
0,87 |
0,42 |
2,49 |
2,84 |
0,22 |
|
100 |
|
Сух. |
66,30 |
16,75 |
6,33 |
0,38 |
0,84 |
0,40 |
2,40 |
2,74 |
0,21 |
3,65 |
100 |
Глина Садового месторождения по содержанию Al2O3 в прокаленном состоянии относится к полукислому сырью (16,75 %). В зависимости от содержания красящих оксидов (Fe2O3 и TiO2) в прокаленном состоянии глина является сырьем с высоким содержанием красящих оксидов (6,73 %). Потери при прокаливании составляют 3,65 %.
По количеству, размеру и виду крупнозернистых включений глинистое сырье Садового месторождения относится к группе сырья с высоким содержанием крупнозернистых включений (40,4 мас. %). Преобладающий размер зерен в глине составляет более 5 мм (57,8 мас. %), что соответствует группе сырья с крупными включениями (табл. 2). Некоторый крупные включения в глине достигают размеров более 10 мм.
Таблица 2.
Содержание крупнозернистых включений в садовой глине.
|
Содержание фракции (мм), мас. % |
||||||
|
0,5-1 |
1-1,6 |
1,6-3 |
3-5 |
5-7 |
7-10 |
>10 |
|
8,1 |
13,4 |
9,7 |
11,1 |
8,4 |
10,24 |
39,2 |
По данным дисперсного анализа глин (табл. 3) глина Садового месторождения является грубодисперсной. Содержание фракции менее 1 мкм составляет 7,76 мас.%.
Таблица 3.
Дисперсный состав глины.
|
Содержание фракции (мм), мас. % |
||||
|
>0,06 |
0,06–0,01 |
0,01–0,005 |
0,005–0,001 |
<0,001 |
|
51,89 |
24,84 |
11,64 |
3,87 |
7,76 |
Для определения минерального состава глины был выполнен дифференциально-термический анализ (ДТА) и рентгенофазовый анализ (РФА) глины. По данным ДТА основным глинистым минералом исследуемой глины является монтмориллонит. Результаты РФА показали, что глина состоит из кварца на 23,3 %, иллита – 29,4 %, клинохлора – 6,5 %, полевых шпатов – 41 %.
Число пластичности глины составляет 6,6. Характеристики глин по числу пластичности (П), воздушной усадке (Ув, %) и по коэффициенту чувствительности к сушке (Кч) приведены в (табл. 4). Глина Садового месторождения является малопластичной, хорошо сохнущей, малочувствительной, сильно запесоченной. Глина Бускульского месторождения является средне пластичной, средне сохнущей и средне чувствительной к сушке. Малопластичные глины можно применять для производства керамического кирпича при введении пластичных глин методом пластического формования. Также при использовании при производстве элементов полусухого прессования, что позволит повысить прочность готовых материалов [3].
Таблица 4.
Характеристика глины.
|
П |
Группа |
Увозд |
Группа |
Кч |
Группа |
|
6,6 |
Малопластичная |
4,5 |
Хорошосохнущая |
0,28 |
Малочувствитвительная |
Отношение глины к спеканию изучено при обжиге в интервале температур: 850–1150 °С. В табл. 5 приведены свойства образцов, изготовленных из глины и обожжённых при различных температурах.
Таблица 5.
Свойства образцов из Садовой глины.
|
Температура обжига, °С |
Усадка, % |
Водопоглощение, % |
Пористость открытая, % |
Кажущаяся плотность, г/см3 |
Предел прочности при сжатии, МПа |
|
|
полная |
огневая |
|||||
|
850 |
4,4 |
1,0 |
22,9 |
37,9 |
1,65 |
12,9 |
|
900 |
4,6 |
1,1 |
23,0 |
36,5 |
1,58 |
12,9 |
|
950 |
5,2 |
1,1 |
22,5 |
36,4 |
1,61 |
26,2 |
|
1000 |
5,6 |
1,1 |
22,0 |
35,5 |
1,61 |
26,7 |
|
1050 |
6,0 |
1,1 |
20,3 |
34,5 |
1,71 |
47,8 |
|
1100 |
6,1 |
1,1 |
19,0 |
33,3 |
1,72 |
121,5 |
|
1150* |
6,3 |
1,2 |
10,1 |
20,0 |
2,07 |
186,9 |
* – образцы темного цвета.
Глина Садового месторождения (табл. 5) неспекающаяся в интервале температур 850-1150 °С. При повышении температуры обжига выше 1150 °С образцы имеют темный цвет. На основе глины Садового месторождения можно получить керамический кирпич, соответствующий марке М100 [2], изготовленный методом пластического формования, обожжённый при температуре 1100 °С. При температуре обжига 1150 °С образцы по прочности относятся к марке М150, хотя и имеют темный цвет. Плотность образцов продолжает повышаться, признаков вспучивания не обнаружено. При меньших температурах обжига в интервале 850 – 1100 °С предел прочности на сжатие образцов не соответствует ГОСТ 530 – 2012 [1].
Предположительно добавка пластичной глины в состав масс для производства керамического кирпича на основе садовой глины позволит получить повышенные марки кирпича при меньших температурах обжига. В связи с этим предложено в качестве пластичной глины, использовать глину Бускульского месторождения, которая является светложгущейся, а следовательно, также позволит получить светлые тона кирпича. Методом пластического формования были изготовлены образцы разного состава (табл. 6).
Таблица 6.
Состав масс.
|
Индекс массы |
Содержание глины, мас. % |
|
|
Месторождение Садовое |
Месторождение Бускульское |
|
|
3 |
90 |
10 |
|
4 |
80 |
20 |
|
5 |
70 |
30 |
Таблица 7.
Свойства образцов глины с различным содержанием пластичной глины
|
Температура обжига, °С |
Усадка, % |
Впог, % |
Потк, % |
ρкаж, г/см3 |
σсж, МПа |
|
|
полная |
огневая |
|||||
|
Индекс 3 (10 % пластичной глины) |
||||||
|
850 |
3,9 |
0,9 |
18,7 |
31,7 |
1,69 |
38,0 |
|
900 |
4,1 |
0,9 |
18,6 |
31,5 |
1,68 |
73,9 |
|
950 |
4,4 |
0,9 |
18,4 |
31,3 |
1,70 |
76,7 |
|
1000 |
4,9 |
0,9 |
17,6 |
30,2 |
1,71 |
121,9 |
|
1050 |
6,9 |
0,9 |
16,3 |
29,7 |
1,82 |
174,2 |
|
Индекс 4 (20 % пластичной глины) |
||||||
|
850 |
5,6 |
0,1 |
17,5 |
30,9 |
1,74 |
121,0 |
|
900 |
5,8 |
0,1 |
17,3 |
30,5 |
1,73 |
122,7 |
|
950 |
6,0 |
0,3 |
17,5 |
30,0 |
1,76 |
123,9 |
|
1000 |
6,6 |
0,4 |
16,4 |
29,1 |
1,77 |
158,3 |
|
1050 |
7,1 |
0,4 |
15,3 |
28,5 |
1,86 |
209,5 |
|
Индекс 5 (30 5 пластичной глины) |
||||||
|
850 |
6,3 |
0,1 |
16,3 |
29,6 |
1,81 |
137,1 |
|
900 |
6,7 |
0,1 |
16,9 |
30,4 |
1,79 |
181,4 |
|
950 |
6,7 |
0,4 |
16,9 |
31,2 |
1,84 |
184,2 |
|
1000 |
7,1 |
0,7 |
15,4 |
28,5 |
1,83 |
192,7 |
|
1050 |
8,0 |
0,7 |
13,6 |
26,8 |
1,96 |
212,3 |
По полученным данным введение глины Бускульского месторождения до 30 % в состав масс для производства керамического кирпича позволяет получить образцы повышенной прочности в сравнении с образцами, изготовленными полностью из глины Садового месторождения. При этом высокие марки кирпича по прочности получаются при меньших температурах обжига.
Таким образом, крупнозернистые включения, содержащиеся в глине Садового месторождения, не обладают высокой твердостью [2] и легко перерабатываются в валковых дробилках. На основе глины Садового месторождения возможно получения керамического кирпича с повышенной прочностью, обожжённых в интервале температур 850 – 1050 °С. С повышением температуры обжига и с увеличением содержания пластичной глины увеличивается и марка кирпича. Введение бускулськой светложгущейся глины в состав масс керамического кирпича позволяет получить образцы светлых тонов. В лабораторных условиях получены образцы керамического кирпича марок от М100 до М100 до М200.
Литература
1. ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. – Введ. 2013-07-01. – М.: Издательство стандартов, 2012. – 25 с.
2. Семериков И.С. Технология строительных керамических материалов / И.С. Семериков, Н.А. Михайлова, Н.Н. Башкатов Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. – 256 с.
3. Тарасевич Б.П. Оптимальные варианты производства кирпича. Линия полусухого прессования с пластической переработкой сырья // Строительные материалы, 1993. – № 9-10. – С.2-5.
Поступила в редакцию 19.05.2016 г.