XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Как следует из рассмотренного ранее свойства строительной керамики находятся в прямой зависимости от керамических свойств сырьевых материалов. Из физических свойств наиболее важны пластичность, связующую способность, водопоглощаемость, воздушная и огневая усадки, огнеупорность, способность ионного обмена с окружающей средой и др.

Исследуемое сырье редко отвечает требованиям, предъявляемым к нему для производства керамического материала, обладающего соответствующими физико-механическими характеристиками. Оно может обладать хорошей формовочной способностью, высокой прочностью сырца, но иметь высокий коэффициент чувствительности к сушке и дефекты после обжига или иметь средние показатели всех свойств, а величину связующей способности очень низкую и т.д.

В тех случаях, когда глины в естественном состоянии не удовлетворяют всем предъявленным к ним требованиям, некоторые их свойства изменяют искусственным путем, применяя ряд технологических и конструктивных приемов. К последним относится главным образом усиленная переработка сырья на различных механизмах. Но, в основном, для улучшения свойств формовочной массы и готовых изделий, ускорения сушки, снижения температуры спекания, повышения прочности и морозостойкости применяют разнообразные добавки, приготовленные из природных или искусственных материалов.

Пластифицирующие добавки. Увеличить пластичность и связующую способность глин можно путем добавки высокопластичных глин, сульфитно-спиртовая барда, сульфитный щелок, лигносульфанат натрия, карбоксилметилцеллюлоза, этилсиликат и др.

Высокопластичную глину добавляют через бентонит, а также через отходы, содержащие пластичную глину, в количестве 10-30% в виде шликера при пластической схеме или измельчением в виде порошка при полусухой схеме подготовки массы. В качестве пластифицирующей добавки используют высокопластичные глины с числом пластичности бо­лее 25. При введении высокопластичной глины необходимо контролировать и сравнивать для глин и шихт такие параметры, как связующую способность, коэффициент чувствительности к сушке, качество обжига, пористость черепка, морозостойкость, прочностные характеристики готовых изделий.

Для малопластичных суглинков и суглиносупесей пластичность можно повысить введением гидрофильных поверхностно-активных добавок (сульфитно-спиртовой барды, сульфитного щелока и т.д.) в количестве 0,1 - 1 %.

Содержащиеся в сульфитно-спиртовой бар­де (ССБ) вещества очень дисперсны, так как находятся на границе коллоидного и молекулярного растворения. Они хорошо растворяются в воде и обладают способно­стью понижать поверхностное натяжение на границе раздела вода-воздух.

Отощающие добавки, введенные при необходимости в высокопластичную глину, снижают общую силу сцеп­ления, связность, и, следовательно, пластичность. Умень­шается при этом и количество глинистых частиц на еди­ницу объема массы, вследствие чего смесь становится более тощей, с меньшей усадкой, с лучшими сушильными свойствами.

Отощающие добавки разделяют на природные и ис­кусственные. К природным относятся тощие глины, пес­ки кварцевые и полевошпатные, маршалит, к искусствен­ным— промышленные отходы (молотые шлаки и золы, мыло­нафт, молотые отходы керамического производства, угледобычи и углеобогащения), специально приготовленные (дегидратированная глина, шамот).

Отощающие добавки и электролиты вводятся в массу в количестве: электролиты и органические (мылонафт) 0,05—2,5% от веса сухого вещества, минеральные до 40% и более от объема массы. Отходы угледобычи и углеобогащения содержат до 10% и более горючих веществ, используемых в качестве топлива при обжиге изделий.

К природным отощителям относят различные кварцевые материалы, которые уменьшают пластичность формовочной массы, а также снижают огневую и воздушную усадку. При использовании в качестве отощителя песка в количестве 5 - 30 % необходимо учитывать, что лучшим является горный кварцевый песок с размером зерен 0,25 - 1 мм; очень мелкий песок, особенно слюдистый, ухудшает сушильные свойства изделий и вызывает расслаивание сырца; крупный песок придает изделию грубую шероховатую поверхность и в процессе обжига способствует более быстрому появлению микротрещин в черепке, что снижает механическую прочность изделий. Известняковые и доломитовые пески вообще не пригодны как отощители для обжиговых изделий, так как способствуют появлению "дутика". В кирпично-черепичном производстве, где нет строгих требований к цвету готового изделия и его огнеупорности, разрешается применять рядовой песок.

Природные отощители обычно требуют сравнительно небольшой подготовки. Например, тощие глины, исполь­зуемые в этих целях, если не загрязнены вредными при­месями, идут в производство с карьера; песок требует рассева с целью отделения пылеватых и очень мелких (мельче 0,25 мм), и очень крупных зерен (крупнее 1,5 мм); мелкий песок снижает связность глины, что при­водит к снижению прочности кирпича, ухудшает сушиль­ные свойства изделий, а очень крупный — придает изде­лию шероховатую, грубую поверхность.

Топливные шлаки и золы являются не только отощающими добавками, но одновременно (в процессе обжига) выполняют роль порообразователей, выгорающих добавок и плавней, так как в составе зол тоже находятся угольные, железистые, известковые и стекловатые частицы.

Шахтные глинистые породы являются в основном хорошими отощителями в «сыром» виде, т. е. сразу после добычи, но могут быть использованы в этих же целях и в случае, если они прошли обжиг. Наибольшая крупность зерен не должна превышать 3 мм.

К специально приготовляемым отощителям относятся: дегидратированная глина, шамот, электролиты, молотые кварц, пирофилит, тальк, графит, мылонафт и др.

Глина, обожженная при температуре 450—600° и отдавшая при этом часть хими­чески связанной и гигроскопической воды, называется дегидратированной. При этом степень дегидратации сос­тавляет 40—80%, а число пластичности глины снижается до нуля. Наибольший размер зерен дегидратированной глины не должен превышать 1 мм, в ином случае она не размокнет и останется в виде твердых комков, что вызо­вет брак в изделиях. В шихту для производства кирпича можно вводить до 50 % измельченной аналогично шамоту дегидратированной глины. Шамот предназначен преимущественно для отощения огнеупорной глины в производстве шамотных огнеупоров или раствора для огнеупорной кладки, но применяется в качестве отощителя и при изготовлении строительной керамики. Величина зерен шамота —не более 3 мм. Количество мелких зерен (пыли) не должно превышать 5—10%. Количество шамота в зависимости от используемого сырья и методов формовки в массе может быть 10 - 50 %.

Пирофиллит и тальк обладают высокой спайностью и позволяют не только уменьшить усадку керамических изделий, но и повысить их механическую прочность и химическую стойкость.

Выгорающие добавки. Для понижения чрезмерной пластичности глин, повышения пористости и равномерного обжига керамического материала, а также для снижения расхода топлива используют выгорающие добавки: молотый уголь, изгарь и угольный унос, торф и торфяная пыль, древесные опилки, пробковая мука, кора и т. д. Вводятся до 85% от количества топлива, необхо­димого для обжига.

Молотый уголь. При изготовлении отдельных видов материалов и изделий строительной керамики в глину примешивают некоторое количество тонкоизмельченного угля, который, с одной стороны, является технологи­ческим топливом, необходимым для поддержания про­цесса горения в печи, а с другой — отощителем и порообразователем. Угли могут применяться разные. Для получения кирпича повышенной морозостойкости к гли­не желательно примешивать высококалорийные угли ти­па антрацита, так как образующиеся в обожженной массе, после выгорания угля, замкнутые поры имеют внутри оплавленную поверхность, что способствует проч­ности и снижению водопоглощения полученного мате­риала (например, кирпича). Размер зерен угля не дол­жен превышать 3 мм.

Роль отощителя и одновременно выгорающих добавок в керамической промышленности хорошо выполняют древесные опилки. Желательно применять поперечного пиления опилки, а не фрезерные, как более мелкие и однородные. Во всех случаях перед употреблением опилки просеивают через сито с диаметром отверстия 3 - 5 мм для удаления щепок, коры и прочих крупных включений. В этом случае пос­ле их выгорания образуются мелкие поры, что улучша­ет структуру, теплотехнические свойства, повышает проч­ность и морозостойкость готового изделия.

Опилки в смеси с молотым углем часто применяют как отощитель в количестве 10 - 15 % по объему шихты (объемный вес опилок 200 - 250 кг/м³). Кроме функции отощителя, опилки, особенно в смеси с углем, способствует внутреннему спеканию черепка при обжиге и дают возможность получать облегченные пористо-пустотелые изделия повышенной прочности, равномерно обожженные. Кроме угля и опилок, в состав шихты можно вводить шлаковое топливо (котельные шлаки, зола-унос и т.д.).

Плавни. Для понижения температуры обжига и повышения степени спекания сырца в состав формовочных масс вводят плавни- вещества, которые могут образовывать при обжиге с кремнеземом и глиноземом более легкоплавкие сили­катные расплавы. Плавни можно разделить на два основных вида: име­ющие низкую температуру плавления (собственно плав­ни) и имеющие более высокую температуру плавления, но способные понижать ее в результате протекающих при обжиге физико-химических процессов. К первому виду относятся полевые шпаты, пегматит, сиенит, порфир, гранит, стекло, рудное сырье, а ко второму — известняк, доломит, магнезит. Плавни вводятся, когда нужно получить особо плот­ную, хорошо спекшуюся и даже сплавленную массу.

Пенообразующие добавки — пенообразователи: клееканифольный, смолосапониновый, алюмосульфонатный, дегтеизвестковый, гидролизованная боенская кровь. Дозировка устанавливается опытными данными.

Разувлажняющие добавки — предварительно высу­шенная и дегидратированная глина, известь-пушонка, выгорающие добавки. Дегидратированной глины вводит­ся до 50%.

Противоморозные добавки вводят при необходимости защитить полуфабрикат от действия заморозков —хлористый кальций, хлористый натрий, хлористый алюминий. Вводятся в количестве до 2,5%.

Добавки против выцветов — углекислый, хлористый и фтористый барий. Вводятся до 0,5% от веса глины. Добавки для разрушения известковых включений — хлористый натрий, соляная кислота. Вводятся до 1,5%.

Минеральные пигменты — цветные глины, оксиды ко­бальта, марганца, железа, хрома и др. Рудные материа­лы, оксиды металлов вводятся в количестве до 10% в виде порошка или лучше шлама, добавляемого при обра­ботке глины. Приготовленный краситель в виде шликера содержит в 1 л 0,80—0,95 кг сухого материала.

Иногда для осветления цветовой окраски вводят из­вестняк, размолотый до тонкости, характеризуемой ос­татком 5% на сите 4900 отв/см², а также белые глины.

При экспериментальных работах по пробным замесам определяют оптимальное количество и гранулометрический состав твердых добавок. Если о пластичности, связующей способности и чувствительности к сушке можно судить при испытании сырца, то окончательные рекомендации о качестве шихт с отощителями делаются после испытания образцов, обожженных при нескольких температурах, причем выбирается оптимальная температура обжига. В этом случае, кроме показателей связующей способности, коэффициента чувствительности к сушке, величин усадки, пористости, качества обжига, необходимо тщательно наблюдать за кривой спекания шихт с различными добавками выгорающих материалов.

Список литературы

1. Августинник А.И. Керамика - М.: Промстройиздат, 1957. - 484 с

2. Стрелов К.К., Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов / Учебное пособие для вузов. 2-е издание, переработанное и дополненное М.: Металлургия, 1996. – 608 с.

3. Айрапетов Г.А., Безродный О.К., Жолобов А.Л., Жуков А.В. Строительные материалы – М.: Феникс, 2007. – 620 с.

4. Станевич В.Т. Строительная керамика: учебное пособие. – Павлодар, ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. – 96 с.

5. Погребенков В.М. Технология тонкой и строительной керамики. Часть 1: учебное пособие. – Томск, ТПУ, 2005. – 109 с.

6. Пивинский Ю.Е. Теоретические аспекты технологии керамики и огнеупоров. Избранные труды. Том 1. – СПб.: Стройиздат СПб, 2003. – 242 с.

7. Горохова, Е.В. Материаловедение и технология керамики. – Мн.: Вышэйшая школа, 2009. – 222 с.

8. Василовская Н.Г., Енджиевская И.Г., Баранова Г.П. и др. Основы технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей: Учебное пособие – Красноярск: Изд-во СФУ, 2016. – 200 с.

9. Гузман И.Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов. – М.: Стройматериалы, 2003. – 496 с.: ил.

10. Барабанщиков Ю.Г. Строительные материалы и изделия – М.: ACADEMIA, 2008. – 368 с.